의료용 iPS(유도만능 줄기세포)의 제작과 분류법

안녕하세요?

여기서도 2번인가 포스팅 주제로 다루어 본적이 있는 iPS(유도만능 줄기세포)에 대해서, 새롭고 흥미로운 내용이 Newton 2017년 9월호에 나와있어서, 이번 포스팅에서 의료용으로 어떻게 iPS를 만들어 내며 이게 iPS가 나왔다고 끝이 아니라, 얘네가 여러가지 인체를 구성하는 체세포만 골라 내는 기술에 대해서 다루고자 합니다.

먼저 2007년 시점에서 처음 iPS를 만들 때 사용한 방법에 대해 일부분을 묘사한 그림입니다. 위 그림에서는 '바이러스'를 묘사했는데, 실제로 동물세포의 유전자를 조작하기 위해서 '레트로 바이러스'라고 RNA가 유전자 정보로 있으며, 숙주가 되는 동물세포의 DNA에 바이러스의 RNA를 끼워넣는 기능이 있습니다.

문제는 이 바이러스 속의 유전자 정보가 체세포.... 그러니까 iPS의 DNA속에 들어갈 경우 잘못하면 '암세포'로 변할 위험성이 있다는 것입니다. 이 때문에 Newton에 소개되어 있기로는 아래의 그림과 같이 '레트로 바이러스'가 아니라 '플라스미드'라는 것을 사용한다고 언급이 되어 있습니다.

우선 '플라스미드'에 대해서 언급을 하자면, 세균의 세포내에 복제되어 독자적으로 증식할 수 있는 '염색체 이외의 DNA분자'를 총칭하는 말인데, 얘네는 앞서 소개된 레트로 바이러스와는 다르게 iPS의 DNA속으로 유전자 정보를 집어넣지 않고, iPS가 세포분열을 거듭하는 가운데 사라진다는 특징이 있습니다. 이쯤에서 왜 iPS를 유도하는데 쓰이는 유전자가 iPS의 염색체 속에 들어가면 안되는지 궁금 하시리라 생각이 됩니다.

링크 : 유도만능 줄기세포(iPS)는 암세포와 밀접한 관계가 있다고 합니다.

위 링크에서 보시는 바와 같이 iPS를 유도하는 유전자 중에 일부는 '암'과 관련이 있는 유전자이기 때문에 반드시 중간에 제거되어야 할 필요성이 있습니다. Newton의 기사에서는 자세하게 언급은 되어 있지 않았지만, 위 그림처럼 '단핵구(Monocyte)'에 '플라스미드'를 넣기 위해 물리적으로 '전기충격'을 주거나, 화학적으로 '일시적인 구멍'을 뚫는 방법을 쓸 것으로 생각이 됩니다.

추가로 iPS를 배양이라고 해야 할까요? 키우는 방식에서도 기존 2007년 방식은 문제가 있는게, 우선 위 그림에서 표시된 '피더세포'가 사실은 '생쥐의 태아'레서 추출한 세포라는 것이 문제입니다. 같은 사람의 세포라도 이식될 경우 면역거부 반응이 우려되는데, 다른 동물에서 유래된 세포가 들어오면 말할 것도 없습니다.

거기다가 일반적으로 세포를 배양하는데 쓰이는 배양액에는 소혈청이 들어가 있어서, 2007년도 방식은 이런 면에서 의료용으로는 극히 부적절 합니다. 그래서 위 그림에서 묘사된 것과 같이, 합성된 단백질 분자를 바닥에 깔아놓고, 배양액에는 동물에서 유래된 성분을 최대한 배제한 것을 사용한다고 합니다. 그럼 이렇게 암이 되는 위험만 줄인다고 해서 끝이냐 하면, 그것도 아닌게 iPS가 분화하면서 온갖 종류의 세포가 되는데, 여기서 필요로 하는 종류의 세포만 추출해야 하는 일이 남아 있습니다.

우선 기사에 소개된 '원하는 세포만 모으는 기술'을 설명하기 위해서는 '마이크로 RNA(microRNA)'에 관해서 설명을 간단하게 하고자 합니다. miRNA의 주요기능은 일반적으로 '단백질'로 '번역(translation)'이 되기위해 필요한 mRNA의 기능을 차단하는 것입니다. 즉 miRNA가 mRNA의 기능을 차단하기 때문에, 이를 통해서 '유전자 발현'을 조절한다는 특징이 있습니다.

이 이야기가 왜 중요하냐 하면, 체세포의 종류-신경세포, 심근육세포, 뼈 세포 등에서 발현되는 miRNA가 다르기 때문입니다. 그래서 아래의 그림과 같이 설계된 RNA-아마도 세포 안에서 단백질로 번역(translation)이 되도록 설계가 되었는 mRNA로 보이는데, 아래의 그림과 같은 과정을 거친다고 합니다.

우선 원하는 세포에서만 '발현되는' miRNA를 알고 있다면, 위 그림에서 묘사되는 것처럼 '인공mRNA'를 합성해서 iPS가 분화한 세포들 안에 집어 넣도록 합니다. 여기서 원하지 않는 세포라면, 당연히 위 그림에서 나온 '인공mRNA'의 붉은색 부분에 결합할 miRNA도 없기 때문에 그대로 형광 단백질이 나와서 '원하지 않는 세포'라는 표식을 나타냅니다.

당연 여기서 '형광'이 나오는 세포를 모두 제거하면 남은 세포는 원하던 세포만 남게 되므로, 이와 같은 방법을 통해서 원하는 세포-예를 들면 시신경 세포만 골라내서 사용하고자 하는 경우, 이러한 방법을 통해서 iPS에서 분화되어 나온 다른 세포들, 예를 들면 근육세포나 혈액세포등을 제거할 수 있다고 합니다.

개인적으로는 이 인공mRNA를 세포 안으로 넣는 과정에서 세포가 손상이 되지 않을까 하는 우려가 있기도 합니다. 또 다른 방법으로는 '항체'를 이용해서 원하는 세포를 가려내는 것도 방법이 될 수 있을 것이라고 생각을 합니다만, 이러한 방법을 왜 사용하지 않는지는 잘 모르겠습니다.