국내 연구진이 줄기세포를 신경세포로 분화시키는 고효율의 기술을 개발해 줄기세포 분화 연구 및 신경세포 재생의학 분야에 새로운 전기를 마련했다.
연세대학교(총장 정갑영) 신인재 교수, 성균관대 의대 김경규 교수 공동 연구팀은 줄기세포 분화를 촉진하는 활성을 지닌 단백질과 신경세포 분화 활성을 갖는 저분자 유기화합물을 줄기세포에 연속적으로 처리하면 신경세포분화 효율 및 선택성이 획기적으로 증가한다는 연구 결과를 2015년 11월 19일자(한국시간 기준 20일 새벽) 셀(Cell) 자매지인 ‘케미스트리 앤드 바이올로지(Chemistry & Biology)’ 온라인 판에 발표했다. 연구결과는 미국고등과학연맹(American Association of Advanced Science, AAAS)의 과학포탈사이트인 EurekAlert(http://www.eurekalert.org/)에 ‘Breaking News’로 보도됐다.
줄기세포는 생체내의 다양한 조직이나 세포로 분화할 수 있는 특징을 갖는 세포다. 줄기세포를 이용하면 손상 부위의 세포재생이 가능하기 때문에 심근경색이나 척추손상과 같이 치료가 어려운 난치병이나 퇴행성 질환 등을 치료하는 ‘재생의학’에 활용할 수 있다. 줄기세포를 이용한 난치병 치료를 위해서는 줄기세포를 신경세포와 같은 특정세포로 분화시키는 기술이 필요한데, 효과적인 치료법 개발을 위해서는 줄기세포의 분화 효율과 분화 선택성을 높이는 것이 매우 중요하다.
연세대, 성균관대 의대 공동 연구팀은 본 연구에서 줄기세포의 분화기전에 근거한 두 가지 기술을 접목하여 신경세포로의 분화효율을 높일 수 있는 새로운 기술을 개발했다.
연세대 신인재 교수팀은 신경세포 분화 유도 뉴로다진이나 뉴로다졸이라는 저분자 유기화합물을 줄기세포에 처리하게 되면 줄기세포가 선택적으로 신경세포로 분화시킬 수 있다는 사실을 2014년에 보고한 바 있다. (Imidazole-based small molecules that promote neurogenesis in pluripotent cells. Angew Chem Int Ed 53(35):9271-9274.)
성균관대 의대 연구팀은 줄기세포 상태를 유지하는 데 핵심적인 역할을 하는 전사인자들의 기능을 SKP라는 이름의 단백질을 이용하여 억제하게 되면 줄기세포의 분화를 촉진하여, 결과적으로 초기 분화 효율이 높아진다는 사실을 발견, 2014년에 미국 학술원회보에 발표한 바 있다. (Inhibition of master transcription factors in pluripotent cells induces early stage differentiation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Feb 14; 111(5): 1778-83)
신인재 교수와 김경규 교수는 각 연구팀에서 독자적으로 개발한 기술을 결합하면 ‘줄기세포가 높은 수율로 신경세포로만 분화될 것이다’라는 가설을 세웠다. 그리고 이를 증명하기 위해 ‘SKP 단백질로 줄기세포 분화를 촉진한 후, 신경세포 분화 유도물질을 처리’하는 새로운 신경세포 분화 방법을 개발하고 이를 생쥐의 다능성 줄기세포에 적용함으로써 신경생리학적으로 활성을 갖는 신경세포를 얻을 수 있었다.
이 연구에서는 두 가지 분화기술을 접목하게 되면 보다 효율적인 분화기술을 개발할 수 있다는 사실을 증명함으로써 분화 연구에 새로운 패러다임을 제시했다.
이 연구팀은 이와 같이 분화기술을 접목하여 분화 효율을 높이는 방법을 심장근육세포와 같이 난치병 치료에 필수적인 다른 세포분화에 응용함으로써 그 응용범위를 넓힐 계획이다.
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