세포 핵 '찰나 압착'…피부세포→신경세포 전환율 3%→40%

미국 연구진이 세포 핵을 순간적으로 압착해 DNA를 느슨하게 만드는 방식으로 피부세포의 신경세포 전환 효율을 3%에서 40%까지 끌어올렸다.

24일(현지시간) 애저라이프사이언스(azolifesciences)에 따르면 미국 캘리포니아대 로스앤젤레스(UCLA) 연구팀은 이 같은 연구 결과를 국제학술지 '매터(Matter)'에 발표했다.

세포 안에는 약 2m 길이의 DNA가 머리카락보다 가는 핵 속에 빽빽하게 접혀 있다. 이 때문에 세포 정체성을 좌우하는 일부 유전자는 유전자 가위가 접근하기 어려울 정도로 깊숙이 묻혀 있다.

연구팀은 세포 핵을 수 밀리초(1000분의 1초) 동안 압착해 단단히 뭉친 DNA를 일시적으로 풀어주는 전략을 고안했다. 이를 통해 유전자 활성화 도구인 '크리스퍼 활성화(CRISPRa)'가 평소 접근하지 못하던 유전자에 도달하도록 했다.

이 방식은 '기계적으로 강화된 크리스퍼 매개 활성화(MECA)'로 명명됐다. 연구팀은 압착 후 게놈에서 접근성이 높아진 지점을 정밀 지도로 작성하고, 이 지점을 겨냥해 안내 RNA를 설계했다.

생쥐 피부세포 실험에서 크리스퍼 활성화만 썼을 때 신경세포로 바뀐 비율은 약 3%였다. 압착을 함께 적용하자 약 10%로 높아졌다.

압착을 사전 준비 단계로 활용하자 효과는 더 컸다. 줄기세포 유연성 유지에 관여하는 Oct4 유전자를 먼저 켠 뒤 신경세포 유도 유전자인 Ascl1과 Brn2를 활성화하자 약 40%의 세포가 신경세포로 전환됐다.

송 리 UCLA 새뮤얼리 공과대학 생명공학과 교수는 "재프로그래밍 인자가 세포 안에 있어도 결합해야 할 부위에 접근하지 못하는 것이 마지막 단계의 문제"라며 "우리는 접근성이라는 이 마지막 단계 문제를 해결하고 있다"고 말했다.

리 교수는 압착 자체가 세포 정체성을 바꾸지는 않는다며 "세포에 운동을 시켜 더 많은 가소성을 갖게 하는 것과 같다"고 설명했다.

연구팀은 이 방식이 노화 연구에도 활용될 수 있다고 봤다. Oct4를 활성화한 결과 노화한 생쥐의 피부세포가 DNA 화학적 패턴상 생물학적으로 더 젊게 나타났고, 여러 세포 노화 지표도 개선됐다.

연구팀은 향후 다른 종류의 인간 세포 전환에도 이 방식이 통하는지, 전환된 세포가 약물 시험과 이식에 쓸 만큼 기능하는지 검증할 계획이다.

이번 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받았다. 관련 기술은 UCLA 기술개발그룹이 캘리포니아대 이사회 명의로 특허를 출원했다.