[Molecular Cell Biology]The Diversity and Commonality of Cells 8부






줄기세포와 조직 및 기관형성에 관한 기초지식은 의학적인 기회를 제공한다.


특정한 cell이나 tissue로 될 수 있는 stem cell (줄기세포)에 관한 biology는 관심의 대상이다. 이러한 stem cell은 단순한 형태의 bacteria와 비교할 수 있는데, bacterial cell이 division 하면 크기, 모양 및 내용물이 거의 동일한 두 개의 daughter cell (딸세포)인 bacterial cell을 생성하지만, eukaryotic cell의 division에서는 두 개의 daughter cell은 비록 genetic material은 동일 하지만 크기, 모양 및 내용물은 매우 상이하다. 즉, cell은  다른 운명의 differentiated cell (분화세포)로서 서로 다른 양상을 나타낸다. 이러한 두 개의 서로 다른 daughter cell을 생성하는 division을 asymmetric cell division (비대칭형 세포분열)이라 한다. 


Stem cell의 division은 대표적인 asymmetric cell division으로 두 개의 daughter cell 중 하나는 부모와 동일하지만, 다른 하나는 blood cell과 같이 특정한 cell로 differentiation 된다. 이러한 stem cell은 reproduction을 하기 위하여 스스로 division 하면서 매번 다른 blood cell을 생성하며, 우리의 몸은 이러한 stem cell로부터 형성된 것이다. 즉, blood는 bone marrow (골수)에 위치한 stem cell로부터 형성되어, 우리가 살아 있는 동안 계속하여 새로운 blood cell을 만드는 것이다. 



이러한 사실은 cancer를 치료하는 과정에서 손상된 blood stem cell을 갖고 있는 환자에게 성공적인 bone marrow transplant (골수이식)에 대한 기초가 되었다. 이와 같이 blood stem cell은 자신과 blood cell을 생성할 뿐 아니라 다른 cell도  만들어 낸다. 그러므로 모든 tissue는 development하는 동안 자신에 대한 stem cell을 갖고 있는 셈이다. 


첫 번째 stem cell은 모든 양상 의 cell을 생성할 수 있는 초기 embryo (배아)에서 발견된다. 한편, mammal에서 궁극적인 stem cell은 바로 fertilized egg 인데, 이는 신체의 모든 tissue 를 만들 수 있는 초기 embryonic cell (배아세포)을 생성할 수 있다. 일란성 쌍생아는 초기 embryo 를 구성하는 세포 덩어리가 둘로 나누어질 때 자연 발생적으로 생기며, 각각이 독립적인 개체로 발 달하여 성장한다. 8-cell stage의 mouse (생쥐) embryo cell 각각은  animal의 어떤 부위로도 발달 할 수 있는 잠재력이 있으며, 이러한 cell을 embryonic stem (ES) cell (배아줄기세포)이라고 부른다. 이러한 ES cell은 배양할 수 있으며, 다양한 양상의 differentiated cell로 발생시킬 수도 있다. 


실험실에서 mammal의 embryo를 만들고 조작할 수 있다는 사실은 사회적이나 윤리적으로 많은 관심과 함께 의학적으로 새로운 기회를 제시한다. 예를 들어, in vitro fertilization (시험관 수정)은 불임인 부부에게 어린아이를 줄 수 있으며, 이는 손상되어 정상적으로는 fertilization하지 못하는 sperm에서 nucleus를 적출하여, egg에 주입시켜 fertilized egg로 만들어 모체에 implantation (착상)하는 기술을 들 수 있다.


최근에는 성체의 animal cell로부터 추출한 nucleus를 이용하여 새로운 animal을 제조하고 있는데, 이러한 과정은 skin이나 blood cell과 같은 body cell (체세포)로부터 nucleus를 분리하여 자신의 nucleus가 제거된 unfertilized egg에 주입하는 것이다. 이 과정은 현재 mouse, cow (소), sheep (양), mule (노새) 및 기타 animal에 수행하고 있는 데, donor nucleus (공여자 핵)를 가진 egg를 foster mother (대리모)에 착상시킨다. 이러한 방법으로 만들어진 animal의 모든 cell은 하 나의 donor cell로부터 기인한 gene을 갖고 있기 때문에 새로 만들어진 animal을 donor animal의 clone (복제)이라고 할 수 있다(Figure 8). 


FIGURE 8 Five genetically identical cloned sheep. An early sheep embryo was divided into five groups of cells and each was separately implanted into a surrogate mother, much like the natural process of twinning. At an early stage the cells are able to adjust and form an entire animal; later in development the cells become progressively restricted and can no longer do so. An alternative way to clone animals is to replace the nuclei of multiple single-celled embryos with donor nuclei from cells of an adult sheep. Each embryo will be genetically identical to the adult from which the nucleus was obtained. Low percentages of embryos survive these procedures to give healthy animals, and the full impact of the techniques on the animals is not yet known. [Geoff Tompkinson/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.]


이 방법으로 많은 clone을 만들 수 있는데, 아직까지는 nuclear-transfer cloning (핵이식 복제)으로 생산된 embryo의 대부분이 birth defect (선천적 결손) 때문에 생존하기 어렵고, 탄생한 개체도 빠른 aging (노화) 등과 같은 비정상적인 특징을 나타 낸다. 이와는 대조적으로, plant의‘rooting (뿌리내림)’은 정원사, 농부 및 연구원들에 의해 쉽게 수행될 수 있는 cloning 방법이다.


Human cloning (인간복제)에 관한 과학적인 관심은 매우 제한적이며, 현실적으로 많은 과학자 들이 일반인이 믿을 수 없는 쌍생아 및 삼생아의 극단적인 수명감소 등 embryo에 높은 위험성이 있기 때문에 반대하고 있다. 따라서 과학적으로나 의학적으로 관심이 큰 분야는 embryonic stem cell (배아 줄기세포)이나 adult stem cell (성체 줄기세포)로부터 특정한 cell 유형을 만드는 기술이 다. 이러한 과정을 somatic cell nuclear transfer (SCNT) (체세포 핵이식)이라고 하는데, culture (배양)로 성장은 하지만 embryo로 될 수는 없는 cell을 만들 수 있다. 


과학적으로는 특정 cell을 형성하는데 관여하는 gene의 잠재성을 깨울 수 있는 signal의 규명에, 의학적으로는 특정한 cell이 손상되거나 소실됨으로써 발병하는 질병을 치유하고 그 손상을 완전히 회복시키는 가능성에 관심이 크다. 그리고 이러한 cell은 약물이나 다른 실험적 처리에 대한 효과의 검증에도 유용하다. 만약 환자로부터 donor nucleus를 이용하여 cell을 만들 수 있다면, 그 cell은 환자의 immune system에 서 벗어날 수 있기 때문에 cell-transplant therapy (세포이식 치료)에 새로운 가능성을 제공해 주는 것이다.






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