남성과 여성의 생식 생물학은 근본적으로 다릅니다. 여성은 평생 사용할 난자를 가지고 태어나지만, 남성은 성인이 된 후에도 새로운 정자를 계속 생성합니다. 이러한 재생은 정원줄기세포(SSC)라는 특수 세포에 달려 있습니다. 그러나 SSC가 자기 재생 능력을 어떻게 유지하는지는 분명하지 않았습니다.
펜실베이니아대학교 수의과대학 연구팀은 Genes & Development에 DOT1L가 줄기세포 자기 재생의 핵심 인자라는 연구 결과를 발표했습니다. 이 발견은 정자 형성 연구의 방향을 바꾸고, 실험실에서 정자를 처음부터 만들어 내려는 노력에 기여할 가능성이 있습니다.
이 연구는 Penn Vet의 Ralph L. Brinster President's Distinguished Professor인 Jeremy Wang이 이끌었습니다.
Wang 교수는 "DOT1L의 역할은 우연히 발견했습니다. 과학자들은 이미 DOT1L가 다양한 세포 유형에 널리 존재하며 유전자 발현을 조절할 수 있다는 사실을 알고 있었습니다. 이전 실험에서는 모든 세포에서 DOT1L가 없으면 생쥐 배아가 생존할 수 없다는 사실이 밝혀졌습니다. 이에 연구팀은 생식에 미치는 구체적인 영향을 확인하기 위해 생쥐의 생식세포에서만 이 유전자를 제거했습니다."라고 말했습니다.
결과는 예상 밖이었습니다. 생쥐는 건강해 보였지만, 첫 번째 정자 형성 과정이 끝난 뒤 정원줄기세포가 빠르게 고갈되어 더 이상 새로운 정자를 만들 수 없었습니다. DOT1L가 없는 생쥐의 정자 발달은 점진적으로 실패했습니다. 처음에는 정원세포를 만들지 못했고, 이어 정모세포 수가 감소했으며, 결국 원형 정세포와 성숙 정자가 사라졌습니다.
추가 실험에서도 이 결과가 확인되었습니다. 성체 생쥐에서 DOT1L를 끄자 정자 생성이 다시 점진적으로 감소했습니다. 이 결과를 종합하면 DOT1L는 정원줄기세포의 자기 재생에 필수적이며, 이 유전자가 없으면 해당 줄기세포가 장기적인 기능을 유지할 수 없다는 것을 알 수 있습니다.
DOT1L는 이전에 주로 백혈병과 관련해 연구되었습니다. 이는 히스톤에 메틸기를 추가해 유전자 발현을 조절하는 히스톤 메틸전이효소입니다. 이 기전이 정자 형성에도 적용되는지 확인하기 위해 Wang 연구팀은 화학적 억제제를 사용해 DOT1L의 효소 활성을 차단했습니다. 억제된 정원줄기세포는 훨씬 적은 수의 정원세포를 만들었고, 건강한 생쥐에 이식한 뒤에는 줄기세포 활성이 거의 절반으로 감소했습니다.
연구진은 DOT1L가 주요 유전자의 발현을 조절하는 전사인자 집단인 Hoxc 유전자군을 활성화하는 방식으로 작용할 수 있다는 사실도 확인했습니다. Wang은 "DOT1L가 메틸화를 통해 Hoxc 전사인자의 발현을 높이고, 이러한 인자들이 정원줄기세포의 지속적인 재생을 촉진할 수 있다고 생각합니다."라고 말했습니다.
그는 이어 다음과 같이 말했습니다. "장기적인 목표는 DOT1L와 같은 핵심 인자를 능숙하게 활용해 체세포를 재프로그래밍하고, 궁극적으로 체외 배우자 형성을 통해 배양액에서 생식세포를 만드는 것입니다. 성체 세포에서 시작해 정원줄기세포 생성과 감수분열이라는 두 과제를 모두 극복하는 것은 생식의학에서 가장 유망한 최전선 중 하나입니다."
뉴스 | 남성은 어떻게 계속 정자를 만들까? 답은 효소 DOT1L에 있을 수 있습니다
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남성과 여성의 생식 생물학은 근본적으로 다릅니다. 여성은 평생 사용할 난자를 가지고 태어나지만, 남성은 성인이 된 후에도 새로운 정자를 계속 생성합니다. 이러한 재생은 정원줄기세포(SSC)라는 특수 세포에 달려 있습니다. 그러나 SSC가 자기 재생 능력을 어떻게 유지하는지는 분명하지 않았습니다.
펜실베이니아대학교 수의과대학 연구팀은 Genes & Development에 DOT1L가 줄기세포 자기 재생의 핵심 인자라는 연구 결과를 발표했습니다. 이 발견은 정자 형성 연구의 방향을 바꾸고, 실험실에서 정자를 처음부터 만들어 내려는 노력에 기여할 가능성이 있습니다.
이 연구는 Penn Vet의 Ralph L. Brinster President's Distinguished Professor인 Jeremy Wang이 이끌었습니다.
Wang 교수는 "DOT1L의 역할은 우연히 발견했습니다. 과학자들은 이미 DOT1L가 다양한 세포 유형에 널리 존재하며 유전자 발현을 조절할 수 있다는 사실을 알고 있었습니다. 이전 실험에서는 모든 세포에서 DOT1L가 없으면 생쥐 배아가 생존할 수 없다는 사실이 밝혀졌습니다. 이에 연구팀은 생식에 미치는 구체적인 영향을 확인하기 위해 생쥐의 생식세포에서만 이 유전자를 제거했습니다."라고 말했습니다.
결과는 예상 밖이었습니다. 생쥐는 건강해 보였지만, 첫 번째 정자 형성 과정이 끝난 뒤 정원줄기세포가 빠르게 고갈되어 더 이상 새로운 정자를 만들 수 없었습니다. DOT1L가 없는 생쥐의 정자 발달은 점진적으로 실패했습니다. 처음에는 정원세포를 만들지 못했고, 이어 정모세포 수가 감소했으며, 결국 원형 정세포와 성숙 정자가 사라졌습니다.
추가 실험에서도 이 결과가 확인되었습니다. 성체 생쥐에서 DOT1L를 끄자 정자 생성이 다시 점진적으로 감소했습니다. 이 결과를 종합하면 DOT1L는 정원줄기세포의 자기 재생에 필수적이며, 이 유전자가 없으면 해당 줄기세포가 장기적인 기능을 유지할 수 없다는 것을 알 수 있습니다.
DOT1L는 이전에 주로 백혈병과 관련해 연구되었습니다. 이는 히스톤에 메틸기를 추가해 유전자 발현을 조절하는 히스톤 메틸전이효소입니다. 이 기전이 정자 형성에도 적용되는지 확인하기 위해 Wang 연구팀은 화학적 억제제를 사용해 DOT1L의 효소 활성을 차단했습니다. 억제된 정원줄기세포는 훨씬 적은 수의 정원세포를 만들었고, 건강한 생쥐에 이식한 뒤에는 줄기세포 활성이 거의 절반으로 감소했습니다.
연구진은 DOT1L가 주요 유전자의 발현을 조절하는 전사인자 집단인 Hoxc 유전자군을 활성화하는 방식으로 작용할 수 있다는 사실도 확인했습니다. Wang은 "DOT1L가 메틸화를 통해 Hoxc 전사인자의 발현을 높이고, 이러한 인자들이 정원줄기세포의 지속적인 재생을 촉진할 수 있다고 생각합니다."라고 말했습니다.
그는 이어 다음과 같이 말했습니다. "장기적인 목표는 DOT1L와 같은 핵심 인자를 능숙하게 활용해 체세포를 재프로그래밍하고, 궁극적으로 체외 배우자 형성을 통해 배양액에서 생식세포를 만드는 것입니다. 성체 세포에서 시작해 정원줄기세포 생성과 감수분열이라는 두 과제를 모두 극복하는 것은 생식의학에서 가장 유망한 최전선 중 하나입니다."
이야기 출처:
온라인 수집 자료