세포분열에 남은 ‘돌연변이’ 흔적‥인간배아 빅데이터 그린다
KAIST 주영석 교수,“배아 파괴않고 체세포 기원 추적…40조개 인체세포까지 가능할 것 ”
김상은 기자 kims@yakup.com 플러스 아이콘
입력 2021.11.29 06:00 수정 2021.11.29 08:26
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체세포 돌연변이를 활용해 인간 배아의 분열과정의 메커니즘을 밝혀내 그간 윤리적 장벽으로 접근이 어렵던 배아연구에 보다 활력이 생길 것으로 보인다. 

미래의학연구재단이 서울 동대문 노보텔 엠버서더 호텔에서 26일 개최한 제 5회 미래의학국제포럼에서 의과학대학원 주영석 교수는 ‘체세포 돌연변이로 추적한 초기 인간 배아에서의 클론 역학(Clonal Dynamics in Early Human Embryogenesis Inferred from Somatic Mutation)"을 주제로 발표에 임했다.

주영석 교수는 기존의 배아를 파괴하는 방식이 아닌 체세포 분열에서 자연스럽게 발생하는 돌연변이 DNA를 단서로 체세포의 기원을 역추적하는 방식으로 초기 배아 모델을 재구성해냈다고 밝혔다. 

주영석 교수는 체세포가 분열을 거듭할 때마다 새롭게 시퀀싱되는 염기서열(돌연변이)이 발생한다는 사실에 주목해 각기 다른 세포들이 공유하는 특정 유전자가 무엇인지 찾아 이를 기반으로 초기 배아의 발생을 구성해봤다.

연구진은 사망한지 오래 지나지 않은 5명의 시신 기증자에서 한 사람 당 50~60개 정도의 세포를 확보한 뒤 세포를 배양시킨 뒤 클론을 확장해 WGS을 진행했다. 그 결과 연구진은 약 300개의 클론 중 206개의 체세포 돌연변이를 발견했다. 

주 교수는 “눈 근처에서 얻은 세포와 치골에서 얻은 세포를 각각 시퀀싱하여 얻은 체세포 돌연변이를 살펴보면 약 8개의 돌연변이를 공유하고 있음을 확인할 수 있다. 이는 (체세포 분열 이후) 어느 시점까지 두 세포가 공통조상세포를 보유하고 있고, 그 공통조상세포가 8개의 돌연변이를 누적해온 흔적”이라고 설명했다.

이러한 공통조상세포의 기원을 따라가다 보면 돌연변이의 발생을 ‘분자시계’의 단위로 가늠해 몇 번째 세포 분열에서 독립적인 세포로 분화됐는지 추적해낼 수 있다. 주 교수는 다른 계보의 세포로 갈라지기 전까지 유전정보를 공유한 돌연변이 세포들을 EEM(Early Embryo Mutation)이라고 명명했다. 

흥미롭게도 EEM들이 체내 분포돼 있는 비율은 각각 다르게 나타났다. 주 교수는 배아가 분열될 때 2개로 나뉘어진 딸세포가 균등하게 50%의 기여도를 가지고 세포분열을 하는 것이 아니라 한 세포가 다른 세포에 비해 비중이 더 큰 비대칭적 발현을 보이는 것에서 이러한 현상이 나타나는 것으로 분석했다. 

또한 의외의 새로운 사실도 발견했는데 이는 미토콘드리아에서의 DNA 헤트로플라즈마의 경우다. 그는 특정 미토콘드리아 돌연변이가 한 클론이 아니라 여러 클론에 존재하는 것을 두고 한번 미토콘드리아에 돌연변이가 생기면 여러 클론으로 공유된다고 해석했다.

이에 덧붙여 주 교수는 “내·외중엽 및 중배엽 세포 분화의 상태를 고려해봤을 때 배아가 약 3~7회 분열을 거듭했을 때 세포 복제의 비대칭성이 나타나기 시작했다. 또한 10번의 세포 분열이 거듭됐을 때 이때 생겨난 세포가 특정 장기에 과반 이상을 구성하는 양상을 보였다”고 설명했다. 

구조적인 유전자의 변동도 확인됐다. 돌연변이 세포에서 성 염색체의 상실이 두드러지게 나타난 것. 주영석 교수는 “인간의 노화가 진행되면서 성 염색체를 점차 필요로 하지 않는 특징 때문에 X나 Y 염색체의 상실이 신체 곳곳에서 나타나는 것이 아닐까라고 추측한다”고 말했다. 

주 교수는 “이번 연구를 통해 배아를 파괴하지 않고도 소마틱 뮤테이션을 활용해 배아의 분화에 대해서 연구할 수 있는 길이 생겼다는 데 의의가 있다”고 평했다. 
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