수정란 하나가 '입체 동물'로…포유류 발달 최상세 '세포 영화' 완성

수정란 하나가 수백 종의 세포로 분화해 완전한 동물이 되는 과정을 담은 '세포 영화'가 완성됐다.

26일(현지시간) 바이오온(BioOn)에 따르면 미국 화이트헤드 생의학연구소 조너선 와이스먼 교수 연구팀은 쥐 배아 발달 과정에서 세포 100만개 이상의 가계를 추적해 포유류가 세포 단위로 어떻게 만들어지는지 보여주는 발달 지도를 작성했다.

연구 결과는 국제학술지 '셀(Cell)'에 게재됐다. 예일대 재커리 스미스 팀, 독일 막스플랑크 분자유전학연구소와 공동으로 수행했다.

연구팀은 자체 개발한 'PEtracer' 기술을 활용했다. 이 시스템은 세포 분열 때마다 전달되는 DNA의 작은 변형을 기록해 마치 비행기록장치처럼 세포의 계보를 역추적할 수 있게 한다.

연구팀은 이 가계 정보에 각 세포에서 활성화된 유전자와 배아 내 위치 정보를 결합했다. 여러 발달 시점에서 채취한 쥐 배아를 분석해 세포가 언제 특정 운명을 향해 나아가는지도 추적했다.

와이스먼 교수는 "게놈 속 정보가 선형 DNA에서 입체적 동물로 어떻게 펼쳐지는지 보여주는 관점"이라고 말했다.

이 지도는 출생 결함과 암 연구에 폭넓게 활용될 수 있다. 출생 결함은 조직과 기관이 조립되는 과정에서 세포가 경로를 이탈할 때 발생하는 경우가 많다.

암 역시 세포가 전이 능력이나 치료 내성을 획득하는 과정이다. 연구팀은 계보 지도를 통해 이런 특징이 언제 나타나는지 추적할 수 있다고 설명했다.

공동 제1저자인 루크 코블란 박사는 "발달과 암 모두 세포가 무엇이 될지 내리는 결정에 달려 있다"며 "쥐 배아에서 세포가 발달하는 방식을 추적해 암세포가 전이하거나 치료에 저항하는 방식으로 변하는 과정을 이해하고자 한다"고 말했다.

이번 연구는 줄기세포 연구에도 지침을 제공할 전망이다. 연구진은 배아 속 정확한 조건을 재현하기 어려워 줄기세포를 특정 세포로 분화시키는 데 어려움을 겪어 왔다.

공동 제1저자인 윌리엄 콜건 대학원생은 "체내 모든 세포 유형을 만드는 단계별 조리법을 확보한다면 줄기세포 생물학에 매우 강력한 도구가 될 것"이라고 말했다.

와이스먼 교수는 이번 작업을 인간게놈프로젝트에 비유했다. 그는 "게놈은 4코스 요리의 재료 목록과 같다"며 "재료가 무엇인지는 알려주지만 언제, 얼마나, 어디에 사용할지는 알려주지 않는다"고 설명했다.

한편 워싱턴대 제이 셴두어 팀도 'DNA 타자기'라는 유사 기법으로 발달 중인 쥐 배아의 세포 분열을 추적한 연구를 학술지 '사이언스(Science)'에 발표했다. 두 연구 모두 기존보다 포괄적인 포유류 발달 관점을 제시했다.