뉴스 | 세포 구조가 배아 발달에 미치는 영향: 밀착연접의 역할
인간 배아 발달 과정에서는 분자 신호가 세포의 분열과 분화를 유도하고, 궁극적으로 배아 내 세포의 위치와 정체성을 결정합니다. 배아형성은 배아 줄기세포의 단일 층이 미래 신체 구조의 바탕이 되는 세 개의 서로 다른 세포층으로 분화하는 기초 단계입니다.
최근 연구에 따르면 세포 사이의 밀착연접이 이 과정에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 글래드스톤 연구소 iPS 세포 연구센터의 연구진은 밀착연접이 인간 배아형성 과정에서 핵심적이라는 사실을 밝혀 줄기세포 연구와 관련 실험 모델 설계에 새로운 통찰을 제시했습니다.
배아형성과 연구의 돌파구
배아형성 과정에서 배아 줄기세포는 세 층의 배아 조직으로 분화합니다. 이 과정을 연구하는 일은 재생의학에서 중요해졌습니다. 과학자들은 성체 세포를 변환해 만들며 모든 체세포 유형으로 분화할 수 있는 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 이용해 이를 흔히 모델링합니다.
과학자들은 iPS 세포로 배아형성을 연구하던 중, 모든 세포가 핵심 신호 분자인 BMP4의 자극을 받았는데도 서로 다르게 반응한다는 사실을 발견했습니다. 같은 BMP4 신호를 받았는데도 일부 세포만 서로 다른 세포 유형으로 분화하는 이유는 분명하지 않았습니다.
주연구자인 이바나 바시치 박사는 배양 접시 안에서 iPS 세포가 뭉쳐 밀착연접을 형성하는 것을 관찰했습니다. 밀착연접은 세포 사이로 신호 분자가 이동하는 것을 막는 장벽으로 여겨집니다. 또한 이러한 연접이 항상 제대로 형성되는 것은 아니라는 사실도 확인했습니다.
밀착연접이 배아형성에 미치는 영향
추가 실험에서 세포를 덜 밀집된 공간에서 배양하면 밀착연접이 정상적으로 형성되는 것으로 나타났습니다. BMP4를 첨가한 후에는 군집 가장자리의 세포만 분화를 시작하기에 충분한 신호를 받았습니다.
바시치 박사는 "세포 사이의 밀착연접은 세포가 BMP4 신호에 반응하지 못하게 하는 것으로 보이지만, 가장자리 세포는 다른 세포와 밀착연접을 형성하지 않아 가장 강한 BMP4 신호를 받을 수 있습니다."라고 말했습니다.
배아형성에서 밀착연접의 중요성을 확인하기 위해 연구진은 유전자 편집 기술인 CRISPR를 사용해 핵심 밀착연접 단백질인 TJP1의 생성을 억제했습니다. TJP1가 없으면 가장자리 세포뿐 아니라 모든 세포가 BMP4에 반응했습니다.
야마나카 교수는 "실험 결과 밀착연접을 제거하면 모든 세포가 BMP4에 반응할 수 있었습니다. 이는 밀착연접이 배아형성 모델에서 신호를 차단하며, 세포 구조가 분화 신호를 받아들이는 방식에 중요하다는 것을 보여줍니다."라고 설명했습니다.
생식세포 연구의 새로운 진전
연구팀은 TJP1을 억제하면 BMP4 반응이 나타날 뿐 아니라 원시 생식세포 유사 세포도 생성된다는 사실을 발견했습니다. iPS 세포에서 유래한 이 세포는 형태와 기능 면에서 인간의 정자 및 난자 전구세포와 유사합니다.
바시치 박사는 "TJP1을 억제하면 이러한 독특한 생식세포를 효율적으로 생성하는 새로운 방법을 얻을 수 있으며, 여성 불임 치료에 새로운 접근법을 제시할 수 있습니다."라고 말했습니다.
잠재적 활용
연구팀은 이번 발견이 줄기세포 전환 기술, 특히 인간 난모세포 생성 기술을 개선하는 데 도움이 되기를 기대합니다. 바시치 박사는 여성 불임 치료, 특히 체외수정을 위한 난모세포 생성에 이 방법을 적용하기 위해 비트라 랩스를 설립했습니다.
그녀는 "난자 형성의 생물학적 과정을 재현하고, 이 방법으로 IVF에 사용할 난자를 생성할 수 있기를 바랍니다."라고 덧붙였습니다.
기사 출처:
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뉴스 | 세포 구조가 배아 발달에 미치는 영향: 밀착연접의 역할
뉴스 | 세포 구조가 배아 발달에 미치는 영향: 밀착연접의 역할
인간 배아 발달 과정에서는 분자 신호가 세포의 분열과 분화를 유도하고, 궁극적으로 배아 내 세포의 위치와 정체성을 결정합니다. 배아형성은 배아 줄기세포의 단일 층이 미래 신체 구조의 바탕이 되는 세 개의 서로 다른 세포층으로 분화하는 기초 단계입니다.
최근 연구에 따르면 세포 사이의 밀착연접이 이 과정에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 글래드스톤 연구소 iPS 세포 연구센터의 연구진은 밀착연접이 인간 배아형성 과정에서 핵심적이라는 사실을 밝혀 줄기세포 연구와 관련 실험 모델 설계에 새로운 통찰을 제시했습니다.
배아형성과 연구의 돌파구
배아형성 과정에서 배아 줄기세포는 세 층의 배아 조직으로 분화합니다. 이 과정을 연구하는 일은 재생의학에서 중요해졌습니다. 과학자들은 성체 세포를 변환해 만들며 모든 체세포 유형으로 분화할 수 있는 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 이용해 이를 흔히 모델링합니다.
과학자들은 iPS 세포로 배아형성을 연구하던 중, 모든 세포가 핵심 신호 분자인 BMP4의 자극을 받았는데도 서로 다르게 반응한다는 사실을 발견했습니다. 같은 BMP4 신호를 받았는데도 일부 세포만 서로 다른 세포 유형으로 분화하는 이유는 분명하지 않았습니다.
주연구자인 이바나 바시치 박사는 배양 접시 안에서 iPS 세포가 뭉쳐 밀착연접을 형성하는 것을 관찰했습니다. 밀착연접은 세포 사이로 신호 분자가 이동하는 것을 막는 장벽으로 여겨집니다. 또한 이러한 연접이 항상 제대로 형성되는 것은 아니라는 사실도 확인했습니다.
밀착연접이 배아형성에 미치는 영향
추가 실험에서 세포를 덜 밀집된 공간에서 배양하면 밀착연접이 정상적으로 형성되는 것으로 나타났습니다. BMP4를 첨가한 후에는 군집 가장자리의 세포만 분화를 시작하기에 충분한 신호를 받았습니다.
바시치 박사는 "세포 사이의 밀착연접은 세포가 BMP4 신호에 반응하지 못하게 하는 것으로 보이지만, 가장자리 세포는 다른 세포와 밀착연접을 형성하지 않아 가장 강한 BMP4 신호를 받을 수 있습니다."라고 말했습니다.
배아형성에서 밀착연접의 중요성을 확인하기 위해 연구진은 유전자 편집 기술인 CRISPR를 사용해 핵심 밀착연접 단백질인 TJP1의 생성을 억제했습니다. TJP1가 없으면 가장자리 세포뿐 아니라 모든 세포가 BMP4에 반응했습니다.
야마나카 교수는 "실험 결과 밀착연접을 제거하면 모든 세포가 BMP4에 반응할 수 있었습니다. 이는 밀착연접이 배아형성 모델에서 신호를 차단하며, 세포 구조가 분화 신호를 받아들이는 방식에 중요하다는 것을 보여줍니다."라고 설명했습니다.
생식세포 연구의 새로운 진전
연구팀은 TJP1을 억제하면 BMP4 반응이 나타날 뿐 아니라 원시 생식세포 유사 세포도 생성된다는 사실을 발견했습니다. iPS 세포에서 유래한 이 세포는 형태와 기능 면에서 인간의 정자 및 난자 전구세포와 유사합니다.
바시치 박사는 "TJP1을 억제하면 이러한 독특한 생식세포를 효율적으로 생성하는 새로운 방법을 얻을 수 있으며, 여성 불임 치료에 새로운 접근법을 제시할 수 있습니다."라고 말했습니다.
잠재적 활용
연구팀은 이번 발견이 줄기세포 전환 기술, 특히 인간 난모세포 생성 기술을 개선하는 데 도움이 되기를 기대합니다. 바시치 박사는 여성 불임 치료, 특히 체외수정을 위한 난모세포 생성에 이 방법을 적용하기 위해 비트라 랩스를 설립했습니다.
그녀는 "난자 형성의 생물학적 과정을 재현하고, 이 방법으로 IVF에 사용할 난자를 생성할 수 있기를 바랍니다."라고 덧붙였습니다.
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