뉴스 | 캘리포니아대학교 과학자들, ‘프로그래밍 가능한 배아 모델’로 초기 발생 재현… 난임 연구의 새로운 길 열어
수정 후 처음 며칠 동안 하나의 세포가 완전한 생명체로 발달하는 과정은 과학계의 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 포유류의 초기 발생은 자궁 안에서 진행되기 때문에 연구자들은 오랫동안 이를 직접 관찰하거나 개입하는 데 어려움을 겪었고, 배아 발달이 때때로 실패하는 이유에 대한 이해도 제한적이었습니다.
캘리포니아대학교 산타크루즈 연구진이 주도한 획기적인 연구가 이러한 한계를 극복하고 있습니다. 연구진은 실제 배아를 사용하지 않고 첨단 CRISPR 기술을 활용해 스스로 조직화하는 ‘프로그래밍 가능한 배아 모델’, 즉 배아체를 만들었으며, 실험실에서 초기 발생의 주요 단계를 재현했습니다. 이 연구는 Cell Stem Cell에 게재되었습니다.
“우리는 초기 발생 장애 연구를 발전시키기 위해 배아 형성과 같은 자연 현상을 배양 접시 안에서 재구성하고, 나아가 변형하고자 합니다.”
—UC 산타크루즈 생체분자공학 조교수이자 교신저자인 알리 샤리아티
CRISPR로 줄기세포 프로그래밍하기
이 연구는 박사후연구원 제럴드 로데베이크와 현재 Caltech 대학원생인 졸업생 사야카 고즈키가 실험용 생쥐 줄기세포를 사용해 공동으로 이끌었습니다. 줄기세포는 백지와 같아서 이론적으로 뇌세포나 장세포를 포함한 모든 세포 유형으로 분화할 수 있습니다.
연구팀은 보다 완만한 CRISPR 변형 기술인 CRISPR 활성화 시스템(CRISPRa)을 사용했습니다. DNA를 절단하는 대신 이 시스템은 배아 발달에 필수적인 유전자 영역을 조절하고 활성화합니다. 이러한 정밀한 활성화로 줄기세포는 서로 다른 원시 배아 세포 유형을 만들어 냅니다.
로데베이크는 “외부 자극을 더하는 대신 세포가 이미 가지고 있는 유전적 스위치를 활성화하고, 세포들이 발달의 여정을 어떻게 시작할지 스스로 결정하게 합니다”라고 설명했습니다.
줄기세포의 80% 이상이 며칠 안에 자발적으로 조직화되어 초기 배아와 유사한 구조를 형성했고, 자연 배아와 매우 유사한 유전자 발현 프로그램을 시작했습니다.
“자기 조직화 과정은 놀라울 만큼 유사합니다. 세포들은 무엇을 해야 하는지 아는 것처럼 보이며, 우리는 부드럽게 밀어주기만 하면 됩니다.”
—알리 샤리아티
초기 생명이 스스로 조직화되는 과정 관찰
배아체 세포는 배양 환경에서 집단행동을 보였습니다. 여기에는 새 떼의 질서 있는 움직임처럼 묘사되는 회전성 이동도 포함되며, 결국 뚜렷한 초기 배아 패턴을 형성했습니다.
서로 다른 세포 유형의 생성을 강제하기 위해 화학물질을 사용했던 기존 방법과 달리, 이번 연구는 체내의 자연스러운 배아 발달을 더욱 가깝게 모사하는 공동 발달에 초점을 맞췄습니다.
“우리는 세포를 하나씩 따로 만들지 않습니다. 실제 배아에서처럼 세포들이 함께 자라며 서로 영향을 주도록 하여, 이웃 세포로서의 생물학적 기억을 재현합니다.”
—샤리아티
프로그래밍 가능한 모델, 발생 결함의 원인 밝힐 수 있어
이러한 배아 모델의 가장 큰 장점은 높은 프로그래밍 가능성입니다. 연구자들은 생명의 가장 초기 단계를 연구하고 유전자를 의도적으로 켜거나 꺼서 어떤 변화가 세포 유형, 조직 구성 또는 배아 전체의 발달 실패를 일으키는지 관찰할 수 있습니다.
이는 실제 배아를 사용하지 않고도 발생 이상을 모델링할 수 있는 강력한 플랫폼을 제공합니다.
이 기술은 결국 인간을 포함한 다른 종에도 확대 적용될 수 있으며, 과학자들이 초기 인간 배아가 착상이나 발달에 자주 실패하는 이유를 조사하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 샤리아티는 “이제 생명의 시작 단계에서 발생하는 병목 현상을 더 명확히 볼 수 있게 되었으며, 이는 인간의 생식 성공률을 높이는 데 매우 중요합니다”라고 말했습니다.
뉴스 | 캘리포니아대학교 과학자들, ‘프로그래밍 가능한 배아 모델’로 초기 발생 재현… 난임 연구의 새로운 길 열어
뉴스 | 캘리포니아대학교 과학자들, ‘프로그래밍 가능한 배아 모델’로 초기 발생 재현… 난임 연구의 새로운 길 열어
수정 후 처음 며칠 동안 하나의 세포가 완전한 생명체로 발달하는 과정은 과학계의 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 포유류의 초기 발생은 자궁 안에서 진행되기 때문에 연구자들은 오랫동안 이를 직접 관찰하거나 개입하는 데 어려움을 겪었고, 배아 발달이 때때로 실패하는 이유에 대한 이해도 제한적이었습니다.
캘리포니아대학교 산타크루즈 연구진이 주도한 획기적인 연구가 이러한 한계를 극복하고 있습니다. 연구진은 실제 배아를 사용하지 않고 첨단 CRISPR 기술을 활용해 스스로 조직화하는 ‘프로그래밍 가능한 배아 모델’, 즉 배아체를 만들었으며, 실험실에서 초기 발생의 주요 단계를 재현했습니다. 이 연구는 Cell Stem Cell에 게재되었습니다.
“우리는 초기 발생 장애 연구를 발전시키기 위해 배아 형성과 같은 자연 현상을 배양 접시 안에서 재구성하고, 나아가 변형하고자 합니다.”
—UC 산타크루즈 생체분자공학 조교수이자 교신저자인 알리 샤리아티
CRISPR로 줄기세포 프로그래밍하기
이 연구는 박사후연구원 제럴드 로데베이크와 현재 Caltech 대학원생인 졸업생 사야카 고즈키가 실험용 생쥐 줄기세포를 사용해 공동으로 이끌었습니다. 줄기세포는 백지와 같아서 이론적으로 뇌세포나 장세포를 포함한 모든 세포 유형으로 분화할 수 있습니다.
연구팀은 보다 완만한 CRISPR 변형 기술인 CRISPR 활성화 시스템(CRISPRa)을 사용했습니다. DNA를 절단하는 대신 이 시스템은 배아 발달에 필수적인 유전자 영역을 조절하고 활성화합니다. 이러한 정밀한 활성화로 줄기세포는 서로 다른 원시 배아 세포 유형을 만들어 냅니다.
로데베이크는 “외부 자극을 더하는 대신 세포가 이미 가지고 있는 유전적 스위치를 활성화하고, 세포들이 발달의 여정을 어떻게 시작할지 스스로 결정하게 합니다”라고 설명했습니다.
줄기세포의 80% 이상이 며칠 안에 자발적으로 조직화되어 초기 배아와 유사한 구조를 형성했고, 자연 배아와 매우 유사한 유전자 발현 프로그램을 시작했습니다.
“자기 조직화 과정은 놀라울 만큼 유사합니다. 세포들은 무엇을 해야 하는지 아는 것처럼 보이며, 우리는 부드럽게 밀어주기만 하면 됩니다.”
—알리 샤리아티
초기 생명이 스스로 조직화되는 과정 관찰
배아체 세포는 배양 환경에서 집단행동을 보였습니다. 여기에는 새 떼의 질서 있는 움직임처럼 묘사되는 회전성 이동도 포함되며, 결국 뚜렷한 초기 배아 패턴을 형성했습니다.
서로 다른 세포 유형의 생성을 강제하기 위해 화학물질을 사용했던 기존 방법과 달리, 이번 연구는 체내의 자연스러운 배아 발달을 더욱 가깝게 모사하는 공동 발달에 초점을 맞췄습니다.
“우리는 세포를 하나씩 따로 만들지 않습니다. 실제 배아에서처럼 세포들이 함께 자라며 서로 영향을 주도록 하여, 이웃 세포로서의 생물학적 기억을 재현합니다.”
—샤리아티
프로그래밍 가능한 모델, 발생 결함의 원인 밝힐 수 있어
이러한 배아 모델의 가장 큰 장점은 높은 프로그래밍 가능성입니다. 연구자들은 생명의 가장 초기 단계를 연구하고 유전자를 의도적으로 켜거나 꺼서 어떤 변화가 세포 유형, 조직 구성 또는 배아 전체의 발달 실패를 일으키는지 관찰할 수 있습니다.
이는 실제 배아를 사용하지 않고도 발생 이상을 모델링할 수 있는 강력한 플랫폼을 제공합니다.
이 기술은 결국 인간을 포함한 다른 종에도 확대 적용될 수 있으며, 과학자들이 초기 인간 배아가 착상이나 발달에 자주 실패하는 이유를 조사하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 샤리아티는 “이제 생명의 시작 단계에서 발생하는 병목 현상을 더 명확히 볼 수 있게 되었으며, 이는 인간의 생식 성공률을 높이는 데 매우 중요합니다”라고 말했습니다.
출처:
온라인 수집 자료