단일 단백질인 Mbd3를 제거하면 줄기세포로의 전환율이 거의 100%로 증가할 수 있다는 사실이 이스라엘의 와이즈맨 과학연구소 (Weizmann Institute of Science)의 연구팀이 밝혀냈다. 이러한 효율성은 일반적으로 얻을 수 있는 효율성보다 열 배에 달하는 것이다. 이번 발견을 통해서 과학자들은 필요한 많은 양의 줄기세포를 생산할 수 있게 되었으며 새로운 치료법도 빠르게 발전할 수 있게 되었다. 지난 2006년에 과학자들은 처음으로 성체세포를 재프로그램하여 배아줄기세포와 같이 작동하도록 만들었다. 즉, 무한정 성장가능하고 신체의 어떤 형태의 세포로도 발달이 가능했다. 하지만 이들 유도만능줄기세포의 생산은 이상하게도 비효율적이었다. 낮은 세포전환율로 인해서 어떻게 재프로그램이 일어나는지에 대한 연구에 어려움을 겪게 했다. 또한 치료용 목적으로 필요한 엄격한 조건에서 줄기세포를 생산하는 기술의 개발에 어려움이 있었다.

하지만 학술지 <네이처>지에 발표된 논문에서 와이즈맨 줄기세포 연구자인 야콥 하나(Jacob Hanna)의 연구팀은 거의 100%의 효율성을 갖는 재프로그램된 세포를 만들 수 있었다. 또한 이들 과학자들은 이 세포가 조절되는 일정을 통해서 만능세포로 전환된다는 것을 보여주었다. 미국 보스턴의 하버드 의대의 줄기세포 과학자인 콘래드 호헤들링거(Konrad Hochedlinger)는 “이 연구는 처음으로 모든 사람들이 원하는 만큼 효율적으로 재프로그램을 할 수 있다는 것을 보여주었다. 이번 연구에서 단일 입자에 대한 조작을 통해서 스위치를 작동하도록 할 수 있으며 일주일 안에 단일 다능세포를 만들 수 있다는 것은 놀라운 결과”라고 말했다.

과학자들은 전형적으로 네 가지 유전자 세트를 사용하여 세포가 다능성을 갖도록 재프로그램한다. 이들 유전자들은 세포의 DNA와 결합하여 세포의 자체적인 다능성 프로그램의 스위치를 켜게 하고 유도만능줄기세포로 전환하게 하는 것이다. 하지만 현재 확립된 기술을 가지고도 배양된 세포의 1% 미만을 전환시킬 수 있으며 많은 세포는 부분적으로 재프로그램된 상태에 머무르게 된다. 그리고 일부는 다른 세포보다 빠르게 다능성으로 전환되어 재프로그램 과정의 조사를 어렵게 한다.

하나의 연구팀은 특정하게 조작된 실험쥐세포주를 가지고 재프로그램의 잠재적인 장애물을 조사했다. 이 과정에서 재프로그램 세포를 이미 삽입했으며 작은 입자와 함께 활성화될 수 있다. 이러한 세포들은 일반적으로 재프로그램률이 10% 미만이었다. 하지만 Mbd3라는 단백질을 생산하는 유전자를 억제했을 때 그 비율은 거의 100%에 이르렀다. 하나는 배아발달의 정확한 타이밍은 재프로그램 과정을 재프로그램할 수 있는 가능성의 여부를 타진하도록 했다고 밝혔다. 배아에 존재하는 세포들은 무한정 다능성을 갖지 않는다고 그는 설명했다. 보통 Mbd3는 배아가 발달하면서 다능성 프로그램을 억제하고 성체세포가 되도록 한다. 재프로그램과정에서 삽입된 만능유전자의 단백질은 Mbd3 단백질가 이 세포 자체의 다능성 유전자를 억제하도록 자극한다.

하나는 이것은 높은 질의 재프로그램을 위해서는 좋은 것이 아니라고 밝혔다. 그는 “이것은 충돌을 일으킨다. 그리고 그로 인해서 이 과정은 무작위적이고 확률론적이었다. 이것은 석유와 브레이크를 동시에 사용하려는 시도”라고 말했다. 이 단백질을 제거함으로써 거침없이 전환이 일어나게 된다. 이 연구팀은 또한 부가적인 유전자를 삽입하지 않는 방법을 사용하여 인간의 세포를 재프로그램하려고 시도하고 있다. 이 어려운 기술은 2주 동안 매일 일정량의 RNA를 필요로 한다. Mbd3를 억제하여 오직 두 가지만 필요하게 되었다.

출처: <네이처> 2013년 9월 20일 (Nature doi:10.1038/nature.2013.13775) , KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-09-25
원문참조: Rais, Y. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12587 (2013).