오스트리아 비엔나의 분자생명공학연구소(IMBA, Institute of Molecular Biotechnology)의 과학자들은 정자와 난자의 수정 이후 처음 24시간 동안 유전체 안정성(genomic integrity)이 어떻게 보호되는지 밝혀냈다. 이러한 메커니즘은 시험관 아기 기술을 발전시키는데 응용될 수 있다.

정자와 난자가 만났을 때 유발되는 일련의 사건들은 단순히 부모의 삶이 변화되는 것뿐만 아니라 과학적인 관점에서도 매우 매력적인 것이라고 할 수 있다.

■ 모든 세포들의 어머니(The mother of all cells)
정자와 난자가 만나 수정된 후, 부계의 DNA와 모계의 DNA는 단일세포배아 또는 접합자(zygote)의 유전적 청사진을 구성한다. 난자 안으로 들어온 부계 DNA에는 정자 상태에서의 "후성유전학적 기억(epigenetic memory)"을 불러올 수 있는 유전자변형능력이 포함되어 있다. 온전히 새로운 개체로서의 태아를 생성하기 위해 수정된 난자에서 만들어지는 단백질은 이러한 기억의 대부분을 지우게 된다. 전체형성능(totipotency)의 근본이 되는 이러한 자연발생적 재(再) 프로그래밍 메커니즘(natural reprogramming mechanism)은 매우 효율적이나 이에 대해 알려진 바가 거의 없다. "세포 배양에서 유도된 다능성(pluripotency)을 재 프로그래밍하는 것은 수일 내지 수주가 걸리지만 접합자에서 전능성(totipotency)을 재 프로그래밍하는 것은 24시간 이내에 일어난다"고 연구의 제1저자인 Kikue Tachibana-Konwalski 박사는 말했다.

■ 새로운 탄생, 새로운 후성유전(New life, new epigenetics)
오스트리아 비엔나의 분자생명공학연구소(IMBA, Institute of Molecular Biotechnology)가 Cell 에 발표한 연구에 따르면 수정란이 정자 DNA의 후성유전학적 재 프로그래밍을 유발할 뿐만 아니라 유전체 안전성(genetic integrity)을 보호하기 위해 이러한 과정을 면밀하게 모니터링한다고 한다. 이 연구의 공동 제1저자인 Sabrina Ladstatter는 “정자가 난자에 들어갈 때, 히스톤(histones)에 의해 빽빽하게 압축된 부계의 염색질(chromatin)이 완전히 압축을 풀고 구조가 변화되어야 한다”고 설명했다. 또한 "우리는 쥐의 수정란을 이용한 실험에서 난자가 부계 DNA의 탈메틸화(demethylation)를 활발하게 일으킨다는 것을 발견했다. 즉, 아버지로부터 전달된 이전의 후성유전학적 기억을 제거함으로써 후성유전적 재 프로그래밍을 시작한다는 것이다. 이것은 접합자가 자신의 후생유전학적 기억과 생애를 새롭게 창조할 수 있게 해준다. 그러나 이 과정에 위험이 없는 것은 아니다. 탈메틸화는 새로운 유기체에 치명적일 수 있는 DNA의 손상을 일으킬 수 있다. 이는 염색체 절편화(chromosome fragmentation), 배아 유실(embryo loss) 또는 불임을 초래할 수 있다고 알려져 있다"고 언급했다.

■ 분자생물학적 체크포인트
연구진은 후성유전적 재 프로그래밍에 의한 DNA 손상뿐만 아니라 손상된 DNA의 복구도 모니터링하는 감시 메커니즘의 존재를 확인했다. 이는 탈메틸화에 의해 유발된 부계 DNA의 손상이 복구될 때까지 세포 분열을 방지하는 접합자의 "체크포인트"를 활성화시킨다는 것을 의미한다. 따라서 이 메커니즘은 한 세포주기 내에서 재 프로그래밍을 완료하고 불안정한 단일세포 배아단계에서 유전체 안정성을 보호한다. 재미있는 것은 배아가 배양되는 조건이 DNA 손상 시 체크포인트 반응(checkpoint response)의 엄격성(stringency)에 영향을 준다는 것이다.

■ 시험관 아기 기술에 적용될 수 있어
"우리의 연구 결과는 시험관 아기 기술을 발전시키는 데에 잠재적인 의미가 있다"고 연구의 제1 저자이자 IMBA의 그룹 리더인 Kikue Tachibana-Konwalski 는 말했다. 또한 "세포 배양 조건이 접합자의 고유한 유전적 감시 및 복구 메커니즘을 어떻게 향상시키는지를 연구하는 것은 매우 흥미로울 것이며, 이를 통해 임신의 가능성을 높이고 태아를 더 좋은 상태로 이끌 수 있을 것이다"라고 지적했다.


출처: ScienceDaily