최초의 세포 수준 성전환 성공, XY에서 XX로 전환
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-03-20 10:54:23
3'20" 성공
- 큐슈(Kyushu) 대학, 최초로 생쥐 수컷 줄기세포를 암컷 난자 세포로 전환하는 데 성공
- 암컷 생쥐의 난소에서 채취한 조직 배양액에 성별이 구분된 줄기세포를 넣어.
- 줄기세포가 먼저 미성숙 난모세포로 분화된 후, 성숙 촉진하는 신호물질과 성장인자 생성
- 난자 세포가 되는 단계는 아직 인간 세포에서 안정적으로 수행 안돼
- 많은 방법론적 문제가 여전히 해결돼야 함
세포의 성염색체 장비는 생물학적 성별과 생식에 결정적인 역할을 한다. 여성 세포는 이중 X 염색체를 가지고 있는 반면에 남성 세포는 X와 Y 염색체를 가지고 있다. 이러한 유전학은 또한 남성 정자 또는 여성 난자 세포가 성기의 생식 세포 전구체에서 발생하는지 영향을 미친다. 수정 중에 새로운 생명이 생기려면 정자와 난자가 융합되어야 한다. 적어도 자연 임신에서는 그렇다.
생명공학 덕분에 인간은 이 과정에 개입할 수 있다. 과학자들은 이제 수정란 세포 대신 줄기세포에서 마우스 배아를 만드는 데 성공했다. 또한 조작된 줄기세포와 동성의 생식 세포에서 나온 쥐도 있었다. 이 동물들은 각각 두 명의 엄마 또는 두 명의 아빠를 가졌다.
수컷 XY 줄기세포에서
큐슈(Kyushu) 대학의 켄타 무라카미(Kenta Murakami)와 그의 동료들은 이제 한 단계 더 나아갔다. 그들은 처음으로 줄기세포의 유전적 성별을 변경하고 남성 생식 세포 전구체에서 여성 난자 세포를 생산했다. 연구의 출발점은 수컷 마우스의 배아 및 유도 줄기세포였다. 남성에게 전형적인 것처럼, 이 세포는 X와 Y 염색체를 가지고 있다.
그러나 줄기세포를 배양하여 키울 때 간혹 분열 오류가 발생한다는 것은 이전 연구에서 이미 밝혀진 바 있다. 결과적으로 평균적으로 XY 세포의 1~3%가 자발적으로 Y 염색체를 잃는다. 배양 배지를 자주 교체함으로써 Murakami와 그의 팀은 세포 배양에서 이러한 X0 세포의 비율을 최대 6%까지 증가시킬 수 있었다. 다음 단계에서 그들은 억제제 reversin을 배양에 추가했다. 이 활성 성분은 일반적으로 세포 분열 중에 염색체의 올바른 분열을 보장하는 제어 메커니즘을 억제한다.
여성 XX 난모세포와 살아 있는 자손에게
그 결과 2개의 X 염색체를 가진 세포의 최대 21.5%가 줄기세포 배양에서 발달했다. 유전적으로 말하면 이 줄기세포는 이제 여성이었다. "이 결과는 먼저 Y 염색체를 제거한 다음 X 염색체를 복제함으로써 XY 또는 X0 성염색체를 가진 전구 세포에서 XX 줄기세포를 생성할 수 있음을 보여준다"고 Murakami와 그의 동료들은 말했다.
그러나 그들은 아직 수정이 가능한 난자 세포가 없었다. 이를 달성하기 위해 연구자들은 암컷 생쥐의 난소에서 채취한 조직 배양액에 성별이 구분된 줄기세포를 넣었다. 이 조직은 줄기세포가 먼저 미성숙 난모세포로 분화된 다음 성숙한 난모세포로 분화되도록 하는 신호 물질 및 성장 인자를 생성한다. 그 결과 성전환된 XX 줄기세포 349개 중 108개가 성숙한 암컷 난자로 전환되었다. 과학자들은 이것이 정상적인 여성 줄기세포의 비율과 비슷한 비율이라고 보고했다.
생식 의학의 새로운 기회
이렇게 변형된 난자가 수컷 생쥐 정자와 수정되었을 때 생쥐 배아가 생성됐으며, 그중 일부는 대리모에게 분만된 후 생존이 가능하고 건강하며 번식 가능한 생쥐로 자랐다. Murakami와 그의 팀이 순전히 남성 세포주에서 남녀의 자손을 생산하는 데 성공한 것은 이번이 처음이다. 연구원에 따르면 이것은 유전적 염색체 결함으로 인한 불임을 극복하는 데 도움이 될 수 있다.
가능한 응용 프로그램은 더 나아가서 "이 작업은 단 한 마리의 남아 있는 수컷으로부터 멸종 위기에 처한 포유류 종을 번식시킬 가능성을 열어준다"고 첨부된 논평에서 캘리포니아 샌프란시스코 대학의 Jonathan Bayerl과 Diana Laird는 설명했다. "또한 동성 커플, 트랜스젠더, XXY 유전자 세트를 가진 사람들을 포함해 더 많은 사람이 자신의 자녀를 갖는 데 도움이 될 수 있다.”
그게 인간에게도 통할까요?
이것은 마우스에서 입증된 방법이 다른 포유류와 인간에서도 작동한다는 것을 전제로 한다. 에든버러 대학의 비연구 생식 연구원 로드 미첼은 "인간 적용 가능성은 열려 있다"고 말했다. "줄기세포가 성숙한 난자 세포가 되는 단계는 아직 인간 세포에서 안정적으로 수행되지 않았다." 따라서 많은 방법론적 문제가 여전히 해결되어야 한다.
또한 다른 줄기세포 실험 및 생식계열 개입과 마찬가지로 "절차의 안전성과 생성된 자손의 건강은 인간에게 사용되기 전에 먼저 면밀히 조사되고 연구되어야 한다"고 미첼(Mitchell)은 강조했다.
(Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05834-x)
출처: Nature, Science Media Centre
- 큐슈(Kyushu) 대학, 최초로 생쥐 수컷 줄기세포를 암컷 난자 세포로 전환하는 데 성공
- 암컷 생쥐의 난소에서 채취한 조직 배양액에 성별이 구분된 줄기세포를 넣어.
- 줄기세포가 먼저 미성숙 난모세포로 분화된 후, 성숙 촉진하는 신호물질과 성장인자 생성
- 난자 세포가 되는 단계는 아직 인간 세포에서 안정적으로 수행 안돼
- 많은 방법론적 문제가 여전히 해결돼야 함
최초의 세포 수준 성전환
연구자들이 처음으로 유전적으로 남성 줄기세포에서 여성 난자 세포를 만들었다.
XY에서 XX로:
처음으로 과학자들은 생쥐의 수컷 줄기세포를 기능적인 암컷 난자 세포로 전환하는 데 성공했다. 이 난자 세포를 정자로 수정함으로써 그들은 심지어 건강하고 생존 가능한 아기쥐를 생산했다. 팀이 "네이처(Nature)"에 보고한 바와 같이 두 명의 아버지가 있고 어머니는 없다. 이것은 생식 의학에서 중요한 돌파구가 될 수 있다. 만약 그것이 인간과 다른 포유류에서 작동한다면 말이다.
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| ▲ 연구자들은 유전적으로 암컷 쥐로부터 수컷 줄기 세포를 만들고 성숙한 난자 세포를 성장시켰다. pixabay |
세포의 성염색체 장비는 생물학적 성별과 생식에 결정적인 역할을 한다. 여성 세포는 이중 X 염색체를 가지고 있는 반면에 남성 세포는 X와 Y 염색체를 가지고 있다. 이러한 유전학은 또한 남성 정자 또는 여성 난자 세포가 성기의 생식 세포 전구체에서 발생하는지 영향을 미친다. 수정 중에 새로운 생명이 생기려면 정자와 난자가 융합되어야 한다. 적어도 자연 임신에서는 그렇다.
생명공학 덕분에 인간은 이 과정에 개입할 수 있다. 과학자들은 이제 수정란 세포 대신 줄기세포에서 마우스 배아를 만드는 데 성공했다. 또한 조작된 줄기세포와 동성의 생식 세포에서 나온 쥐도 있었다. 이 동물들은 각각 두 명의 엄마 또는 두 명의 아빠를 가졌다.
수컷 XY 줄기세포에서
큐슈(Kyushu) 대학의 켄타 무라카미(Kenta Murakami)와 그의 동료들은 이제 한 단계 더 나아갔다. 그들은 처음으로 줄기세포의 유전적 성별을 변경하고 남성 생식 세포 전구체에서 여성 난자 세포를 생산했다. 연구의 출발점은 수컷 마우스의 배아 및 유도 줄기세포였다. 남성에게 전형적인 것처럼, 이 세포는 X와 Y 염색체를 가지고 있다.
그러나 줄기세포를 배양하여 키울 때 간혹 분열 오류가 발생한다는 것은 이전 연구에서 이미 밝혀진 바 있다. 결과적으로 평균적으로 XY 세포의 1~3%가 자발적으로 Y 염색체를 잃는다. 배양 배지를 자주 교체함으로써 Murakami와 그의 팀은 세포 배양에서 이러한 X0 세포의 비율을 최대 6%까지 증가시킬 수 있었다. 다음 단계에서 그들은 억제제 reversin을 배양에 추가했다. 이 활성 성분은 일반적으로 세포 분열 중에 염색체의 올바른 분열을 보장하는 제어 메커니즘을 억제한다.
여성 XX 난모세포와 살아 있는 자손에게
그 결과 2개의 X 염색체를 가진 세포의 최대 21.5%가 줄기세포 배양에서 발달했다. 유전적으로 말하면 이 줄기세포는 이제 여성이었다. "이 결과는 먼저 Y 염색체를 제거한 다음 X 염색체를 복제함으로써 XY 또는 X0 성염색체를 가진 전구 세포에서 XX 줄기세포를 생성할 수 있음을 보여준다"고 Murakami와 그의 동료들은 말했다.
그러나 그들은 아직 수정이 가능한 난자 세포가 없었다. 이를 달성하기 위해 연구자들은 암컷 생쥐의 난소에서 채취한 조직 배양액에 성별이 구분된 줄기세포를 넣었다. 이 조직은 줄기세포가 먼저 미성숙 난모세포로 분화된 다음 성숙한 난모세포로 분화되도록 하는 신호 물질 및 성장 인자를 생성한다. 그 결과 성전환된 XX 줄기세포 349개 중 108개가 성숙한 암컷 난자로 전환되었다. 과학자들은 이것이 정상적인 여성 줄기세포의 비율과 비슷한 비율이라고 보고했다.
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| ▲ 인간의 성염색체와 그에 따른 생식 세포의 다이어그램. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:XY-Chromosomen.jpg |
생식 의학의 새로운 기회
이렇게 변형된 난자가 수컷 생쥐 정자와 수정되었을 때 생쥐 배아가 생성됐으며, 그중 일부는 대리모에게 분만된 후 생존이 가능하고 건강하며 번식 가능한 생쥐로 자랐다. Murakami와 그의 팀이 순전히 남성 세포주에서 남녀의 자손을 생산하는 데 성공한 것은 이번이 처음이다. 연구원에 따르면 이것은 유전적 염색체 결함으로 인한 불임을 극복하는 데 도움이 될 수 있다.
가능한 응용 프로그램은 더 나아가서 "이 작업은 단 한 마리의 남아 있는 수컷으로부터 멸종 위기에 처한 포유류 종을 번식시킬 가능성을 열어준다"고 첨부된 논평에서 캘리포니아 샌프란시스코 대학의 Jonathan Bayerl과 Diana Laird는 설명했다. "또한 동성 커플, 트랜스젠더, XXY 유전자 세트를 가진 사람들을 포함해 더 많은 사람이 자신의 자녀를 갖는 데 도움이 될 수 있다.”
그게 인간에게도 통할까요?
이것은 마우스에서 입증된 방법이 다른 포유류와 인간에서도 작동한다는 것을 전제로 한다. 에든버러 대학의 비연구 생식 연구원 로드 미첼은 "인간 적용 가능성은 열려 있다"고 말했다. "줄기세포가 성숙한 난자 세포가 되는 단계는 아직 인간 세포에서 안정적으로 수행되지 않았다." 따라서 많은 방법론적 문제가 여전히 해결되어야 한다.
또한 다른 줄기세포 실험 및 생식계열 개입과 마찬가지로 "절차의 안전성과 생성된 자손의 건강은 인간에게 사용되기 전에 먼저 면밀히 조사되고 연구되어야 한다"고 미첼(Mitchell)은 강조했다.
(Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05834-x)
출처: Nature, Science Media Centre
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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