줄기세포 운명 통제에 관한 연구

KISTI 미리안 '글로벌 동향 브리핑' 2010.12.17

성체줄기세포(adult stem cell)는 생물 체내에서 극 소수가 무한 증식, 미분화 혹은 저분화 상태에 처해있고 동시에 여러가지 혹은 한가지 분화 잠재적 능력을 구비한 세포군(cell population)이다. 줄기세포는 비대칭 분열(asymmetric division)을 통해 줄기세포의 자기재생(self-renewal)을 완성하는 동시에 분화 딸세포(daughter cell)를 형성하여 조직의 안정상태를 유지하고 손상받은 조직을 복구한다.

줄기세포는 항상 한가지 특수한 미세환경(niche)에서 존재한다. 미세환경 세포는 신호 분자를 통해 줄기세포와 상호 작용하므로서 한걸음 더나아가 줄기세포 운명을 통제하고 자기재생 혹은 분화한다. 많은 신호 경로가 줄기세포 운명을 결정하는데 참여하고 있지만 줄기세포 및 그 분화 딸세포가 어떻게 미세환경 신호에 차별적으로 대응하고 그 신호를 해독하는가 하는 문제는 줄곧 줄기세포 생물학 연구에서 아직 해결되지 못한 기본적 과학 문제 중의 하나이다.

중국과학원 동물연구소 천다화(陳大華) 실험실은 초파리(drosophila)의 생식 줄기세포를 모델로 장기적으로 줄기세포 생물학 연구를 진행해 왔다. 연구진의 최신 연구에 의하면, 줄기세포 분화 딸세포가 Fused/Smur 복합체를 통해 주동적으로 미세환경에서 온 골성인자(Bone Morphogenetic Protein, BMP) 신호에 길항(antagonism)하므로서 줄기세포와 분화 딸세포 사이에 가파로운 BMP 반응 경사도(response gradient)가 형성하고 줄기세포의 비대칭 분열이 촉진된다.

세밀한 유전과 생물화학 실험을 통해 줄기세포의 분화 딸세포에서, 세린-트레오닌키나아제(serine-threonine kinase)인 융합단백(Fused)과 유비퀴틴 라이게이스(ubiquitin ligase,E3)인 Smurf(Smad ubiquitination regulatory factor)가 복합체를 형성하여 공동으로 BMP 수용체 단백인 Tkv의 유비퀴틴화(Ubiquitination)를 통제하여 그 안정성을 조절한다.

돌연변이체에 대한 스캔 분석에 의하면, Tkv238 위치 세린(serine)의 인산화(phosphorylation)는 Tkv의 유비퀴틴화와 안정성에 매우 중요할 뿐만 아니라 Fused가 Tkv의 안정성에 대한 통제도 이 위치의 인산화에 의존한다.

천다화(陳大華) 실험실과 칭화대학(?華大學) 멍안밍(孟安明) 실험실은 제브라피쉬(Zebra fish)의 배태(embryo)와 사람의 세포계를 연구 시스템으로 공동 연구를 진행했는데 그 결과Fused가 척추동물에서 마찬가지로BMP/TGF-b(Transforming Growth Factor-b) 신호 전달에 길항하는 기능을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 이로써 Fused 단백이 유도하는 이 조절 메커니즘이 진화 과정에서 보수성(保守性) 및 그가 줄기세포 운명 통제와 동물 발육 과정에서 세포 운명을 결정하는 작용 메커니즘이 해명되었다.

이 연구사업은 생명과학 분야의 세계적인 저널인 `셀(Cell)`지 12월 10일자에 게재되었다. 그리고 이 사업은 중국과학기술부, 중국기금위원회와 중국과학원의 지원을 받았다.