국내연구진 "체세포 복제줄기세포주 성공률 획기적으로 높였다"

이동율 CHA의과학대학교 교수

[이데일리 오희나 기자] 국내 연구진이 체세포 복제 줄기세포주의 성공률을 획기적으로 높이는 기술을 개발하는데 성공했다. 체세포 복제 줄기세포를 통한 치료 연구가 본격화되는데 기여할 것으로 기대된다.

차의과학대학교 줄기세포연구소의 이동율 교수(공동교신저자)와 정영기 교수(제1저자) 연구팀이 미국 하버드(Harvard) 대학 Yi Zhang 교수팀과 공동 수행한 이번 연구는 인간 체세포복제줄기세포의 생성을 저해하는 후성유전학적 요인(epigenetic barrier)을 최초로 발굴하고, 이를 극복하는 인자의 도입으로 체세포복제배아줄기세포주의 성공률을 획기적으로 증진시키는 기술을 확립하는데 성공했다.

이번 연구결과는 바이오 분야 세계 최고 권위지 셀(Cell) 지(誌)의 자매지인 셀스템셀(Cell Stem Cells, IF=22.268) 지(誌)에 게재됐다.

지금까지 체세포복제줄기세포는 극소수의 우수한 질을 가진 공여난자를 사용했을 때만 성공했다. 따라서 성공확률이 극히 낮아 많은 환자를 위한 세포치료제로써 적용하는데 제한점이 다수 있었다.

이번 연구를 통해 과거 체세포복제에 실패한 공여자들의 난자들에서도 성공적인 체세포복제배아발생과 세포주 수립이 가능해졌다. 또한 수립효율이 개선돼 향후 다양한 질환을 가진 환자를 위한 세포치료제로서의 광범위한 적용이 가능할 것으로 기대된다.

공동연구팀은 체세포복제과정에서 공여 핵의 리프로그래밍(reprogramming)을 방해하는 인자를 발굴하기 위해 일반배아와 체세포복제배아를 이용한 유전자발현 분석(RNAseq)을 시행했다.

분석 결과, 체세포복제배아에서 상당수의 배아발생관련 유전자의 발현이 억제돼 있음을 확인했고, 체세포복제배아에서의 많은 유전자의 발현억제가 특정 히스톤메틸효소(H3K9me3)의 활성이 높게 유지됐기 때문인 것을 밝혀냈다.

연구진은 체세포복제배아의 발생률을 올리기 위해 히스톤메틸효소의 기능을 감소시키는 디메틸효소 (KDM4A)의 mRNA를 체세포복제배아에 주입했다. 이를 통해 체세포복제배아에서 리프로그래밍을 저해하는 히스톤메틸효소의 활성이 감소하고, 배아발생관련 유전자의 발현이 재개돼 성공적인 포배기배아로의 발생과 줄기세포주 수립효율이 획기적으로 증진됨을 확인했다.

구체적으로 KDM4A mRNA가 주입된 56개의 체세포복제란으로부터 15개의 포배기배아를 생산했고(26.8%), 4개의 정상적인 체세포복제배아줄기세포주를 수립해(7.1%) 2014년 연구결과에 비해 3배 이상의 효율증진을 얻었다.

이동율 교수팀은 과거 여러 연구팀에 의해 제기된 ‘체세포복제배아줄기세포주의 수립은 오직 우수한 질을 가진 난자에 의해서만 가능하다’는 기술적인 제약을 ‘리프로그래밍 저해인자 (reprogramming registance regions)’의 발굴을 통해 극복할 수 있는 해결점을 찾았고, 체세포복제배아줄기세포를 이용한 세포치료제의 실용성을 획기적으로 높였다는 점에서 이번 연구 성과의 의미를 강조했다.

특히 이번 연구에서 확보된 체세포복제배아 줄기세포주는 망막질환 환자에게서 공여된 체세포로 제작된 환자맞춤형 체세포복제배아 줄기세포다.

이동율 교수팀은 이번 연구결과를 토대로 망막상피세포로의 분화연구를 수행해 나갈 계획이며, 나아가 망막질환 환자를 대상으로 체세포복제줄기세포주를 이용한 임상연구를 진행할 예정이다.

이번 연구는 미래창조과학부 바이오·의료기술개발사업의 지원을 통한 이뤄졌다.

후성유전체 조절을 통한 체세포복제배아 발생효율 증진 연구의 모식도.