이윤성 기초과학연구원(IBS) 유전체항상성연구단 연구위원팀은 미국 샌디에이고 캘리포니아대팀과 공동으로 조혈줄기세포 발생 과정을 밝히고 관련 단백질과 유전자를 찾아 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 셀 바이올로지’ 23일자(현지시간)에 발표했다.
혈액세포는 체내 면역을 담당하는 백혈구와 산소를 공급하는 적혈구, 혈소판으로 구성돼 있다. 이들은 모두 조혈줄기세포가 분화하는 과정에서 만들어지는데, 척추동물의 경우 발생 시기에 대동맥 내피 세포에서 조혈줄기세포가 만들어진다. 하지만 이 과정에 관여하는 유전자와 기능은 그 동안 밝혀지지 않았다.
연구팀은 ‘히스톤 샤페론’ 단백질에 주목했다. 히스톤 샤페론은 유전자의 발현을 조절하는 역할을 하는 단백질인 ‘히스톤’이 뭉치는 일을 막고 긴 DNA 사슬이 엉키지 않도록 조절하는 단백질이다. DNA는 긴 실과 같은 모양이라 엉기기 쉬운데, 히스톤 단백질이 중간중간 마치 실을 감은 실패처럼 작용해 DNA의 엉김을 방지한다. 세포는 필요한 때에만 실패(히스톤)를 느슨하게 해 그 안에 감긴 실(DNA)을 풀어 유전자 발현이 가능하게 해 준다.
이 과정이 잘못돼 DNA가 엉기거나 히스톤이 뭉치면 유전정보가 손실되거나 유전자 발현이 무절제하게 일어나 암으로 이어질 수 있는데, 히스톤 샤페론이 이 과정을 방지한다.
연구팀은 모델동물인 제브라피시 1만3000마리를 대상으로 DNA에 무작위로 돌연변이를 일으킨 뒤 조혈줄기세포 발생에 문제가 있는 개체를 골라내 어떤 유전자가 작동하지 않을 때 조혈줄기세포 발생이 줄어든느지 확인했다. 그 결과 4개의 모델을 만들 수 있었다. 연구팀은 이들을 대상으로 RNA 해독 등 추가 분석을 한 결과 샤페론 단백질 가운데 하나인 ‘섭티16에이치(Supt16h)’가 조혈줄기세포 발생에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혔다.
정상 제브라피쉬(왼쪽)와 Supt16h 돌연변이 제브라피쉬의 조혈줄기세포 발생 기작을 설명한 그림이다. 정상(Wildtype)의 경우 p53과 노치를 억제하는 단백질(phc1)의 발현에 큰 변화가 없기 때문에 노치 신호가 정상 작동해 조혈줄기세포가 만들어진다. 반면 Supt16h 돌연변이(supt16h-/-) 제브라피쉬에서는 p53의 발현이 증가해 노치 억제 유전자인 phc1을 직접적으로 활성화시킨다. 결과적으로 노치 유전자 발현이 억제돼 대동맥 내피세포에서 조혈줄기세포의 발생이 줄어든다. IBS 제공
이어 이 유전자가 없을 때 신호경로에 어떤 문제가 생기는지 살펴봤다. 그 결과 세포 발생을 조절하는 ‘노치(Notch)’라는 신호전달 경로에 문제가 생긴다는 사실을 확인했다(위 사진). Supt16h가 기능을 발휘하지 못하면 종양을 억제하는 유전자인 p53이 지나치게 발현되는데, 이 과정에서 노치를 억제하는 유전자(phc1)가 활성화되면서 세포 발생이 약화됐고, 결국 조혈줄기세포가 적게 만들어지는 결과로 이어졌음을 확인했다.
연구팀은 Supt16h가 DNA에서 RNA를 만드는 과정(전사)에 관여하는 단백질이라 직접 노치 경로를 억제할 것이라고 봤지만, 중간에 p53이 관여한다는 사실을 발견했다”라며 “덕분에 기존과 차별화된 관점으로 조혈줄기세포 발생 관련 유전자를 찾을 수 있었다”라고 밝혔다.
현재 연구팀은 제브라피시를 이용해 만든 조혈줄기세포 모델 가운데 나머지 3개를 추가로 분석 중이다. 이를 통해 새로운 조혈줄기세포 발생 유전자를 밝히고 기능과 관계를 파악할 예정이다. 이 연구위원은 “이번 연구로 히스톤 샤페론 단백질 Supt16h가 특정 기관과 세포 발생에 필수적인 유전자 발현을 조절한다는 점과, p53을 매개로 한 노치 신호경로가 조혈줄기세포 발생에 중요하다는 사실을 밝혔다”라며 “조혈줄기세포를 이용한 재생의학 치료와 백혈병 등 혈액질환 치료에 돌파구를 열 것”이라고 말했다.
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'뇌 속 독성 산소' 영향받는 반응성 별세포가 치매 원인
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그 동안 정확한 원인이 밝혀지지 않아 치료와 예방이 어려웠던 치매의 발병 원인을 국내 연구팀이 새롭게 제시하는 데 성공했다. 새로운 치매 치료 및 예방 전략을 세우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 이창준 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단장과 전희정 선임연구원, 류훈 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 단장팀은 치매 초기에 뇌 속에 비정상적인 뇌세포가 형성되는 과정에서 신경세포 사멸 현상과 치매가 발생한다는 사실을 밝히고 그 과정을 규명해 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 16일자에 ...
[과학게시판]'우주 한국 이끌 주역을 찾아라' 온라인 진로체험 外
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■ 과학기술정책연구원(STEPI)은 전국 고등학생을 대상으로 ‘온라인 진로체험 프로그램’을 운영한다고 이달 12일 밝혔다. 안형준 제도혁신연구단 연구위원이 ‘뉴스페이스 시대, 우주한국을 이끌 주역을 찾습니다’라는 주제로 우주개발 경쟁에 뚜어든 한국의 우주개발 전략을 소개한다. 신청 방법 등 자세한 사항은 STEPI 홈페이지(http://www.stepi.re.kr)에서 확인하면 된다. ■ 과학기술정보통신부는 이달 12일 ‘선도연구센터 30주년 기념 포럼’을 열었다. 선도연구센터 사업은 과학기술처가 1990년부터...
IBS 첫 부원장에 하성도 KIST 책임연구원
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기초과학연구원(IBS)이 설립 9년만에 처음으로 부원장을 선임했다고 6일 밝혔다. 하성도(59) 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원을 초빙해 11월 9일부터 부원장 임기를 시작한다. 하성도 신임 IBS 부원장은 서울대 기계공학과 졸업 후 KAIST에서 기계공학 석사, 미국 매사추세츠공과대학(MIT)에서 기계공학 박사 학위를 받았다. 이후 KIST CAD/CAM연구센터장, 지능시스템연구본부장, 기술사업본부장, 기술정책연구소장, 연구기획조정본부장, 융합연구정책센터장, 강릉분원장을 역임했다. 하 부원장은 정부 출연연구기관의 사회문제 및 ...
