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[표지로 읽는 과학] RNA 전사체가 좌우하는 세포의 운명

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2018년 06월 02일 18:00 프린트하기

Science 제공
Science 제공
 

발달생물학에서 신경 발달을 위한 기초 연구는 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans), 장기 발달 연구는 제브라피쉬(Danio rerio)를 사용해 진행한다. 이 분야 학자들이 실험을 설계할 때 염두에 두는 기본 공식이다.

 

예쁜꼬마선충이 가진 약 300여 개 신경세포와 8000여 개 신경연결망의 상호작용이 이미 20여년 간의 연구 끝에 모두 밝혀져 있어 신경 발달 연구에 널리 활용되고 있다. 제브라피쉬는 인간이 지닌 심장이나 간, 췌장, 신장, 흉선 등 대부분의 장기를 가지고 있는데다 유전자가 약 70% 가량 인간과 동일한 것으로 알려졌다.

 

이런 동물을 통해 기본 시스템을 이해한 뒤 이보다 훨씬 복잡한 인간의 발달 과정을 밝히겠다는 전략이다. 5월의 마지막 날 (31일 현지시각) 나온 학술지 ‘사이언스’의 표지는 각종 형광을 띤 세포들로 나타낸 제브라피쉬가 차지했다.

 

이번 호에는 대표적 실험동물인 제프라피쉬나 아프리카발톱개구리(Xenopus laevis)의 수정란 (배아) 세포가 특정 장기 세포로 결정되는 과정을 밝힌 미국 하버드의대 연구팀의 논문 2편이 발표됐다. 이에 대해 버클리대 생면과학과 리처드 하랜드 교수가 쓴 ‘배아의 발달과 재증식에 대한 새로운 관점’이란 리뷰논문 1편도 함께 실렸다.

 

초기 배아의 발달 과정을 밝히기 위해 빼놓을 수 없는 것이 배아의 운명을 결정짓는데 관여하는 RNA 전사체다. 제브라피쉬의 경우 수만 개로 알려져 있으며, 고등동물로 갈수록 전사체의 수는 기하급수적으로 증가한다.

 

이들의 전체적 상호작용 과정을 추적하기 위해 미국 하버드의대 시스템생물학과 다니엘 와그너 박사팀은 제브라피쉬의 배아 속 RNA 전사체의 염기를 분석했다. 그 염기 변화 정보를 입력해 컴퓨터 프로그래밍으로 분석한 결과, 하나의 제브라피쉬 배아에서 약 9만 2000여 개의 제브라피쉬 전사체가 작용함을 발견했다. 이들의 작용을 거쳐 25 가지 종류의 특정 장기 세포로 운명이 결정되는 과정을 나무에서 가지가 퍼지는 것처럼 모식도로 작성하는데 성공했다.

 

 

제프라피쉬 배아가 분열하는 첫날 나타나는  RNA 전사체들의 변화과정을 시각적으로 나타냈다. 빨간것일수록 신경과 관련된 전사체, 파란것일수록 상피조직, 초록생을 중내배엽과 관련된 전사체들의 연결성을 나타낸다. -science 제공
제프라피쉬 배아가 분열하는 첫날 나타나는 RNA 전사체들의 변화과정을 시각적으로 나타냈다. 빨간것일수록 신경과 관련된 전사체, 파란색일수록 상피조직, 초록색은 중내배엽과 관련된 전사체들의 연결성을 나타낸다. -science 제공

 

와그너 박사와 같은 과에 속한 제임스 브릭 박사는 또 다른 주요 실험동물인 아프리카발톱개구리의 13만 7000개의 전사체가 작용해 69 종류의 세포로 결정되는 과정도 확인해 논문을 실었다.

 

와그너 교수는 논문에서 “분화능을 가지고 있던 배아세포가 각각의 성숙한 세포로 결정되는 과정을 이해하는 게 발생학이 추구하는 목표”라며 “(새로운 분석법으로) RNA 전사체 데이터를 분석해 전체 배아세포 간 유전자 변화와 발현 흐름을 파악하면 향후 고등생물의 발달 과정을 이해하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

리처드 하랜드 교수는 리뷰 논문을 통해 “각각의 전사체를 연구하기 위해 개별 실험도 진행해야 겠지만 이 시기 배아의 발달 과정에선 딱 한가지 원인만 있는 것이 아니기 때문에 전체 상호작용을 보는 연구가 필요하다”며 “(이번 연구처럼) 수만개 이상의 RNA 전사체들의 상호 작용과정를 분석해 발생 과정을 입체적으로 구성하는 노력이 계속돼야 할 것”이라고 밝혔다.

 

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