단일 세포의 발달과 분화를 추적하다

우리 몸을 구성하는 수십조 개의 세포들은 모두 하나의 세포로부터 유래되었기에 모두 같은 DNA 시퀀스를 가지게 됩니다. 하지만 복제와 분화를 거치면서 DNA에 변이가 발생하고, 이러한 변이가 점차 누적되어 각 세포는 고유의 DNA 시퀀스를 가지게 됩니다. 이러한 DNA 시퀀스의 변화 양상을 토대로 단일 세포 수준에서, 즉 하나하나 세포 간의 발달과 분화가 어떻게 진행되는지 계보를 추적할 수 있는데 이러한 기술을 ‘single-cell lineage tracing’이라고 합니다.

우리 몸에 자연적으로 존재하는 DNA의 변이를 추적하는 방법 외에도 염기서열로 구성된 합성바코드를 세포 내에 넣어준 후 추적하는 방법도 존재합니다. 이를 위해 합성바코드와 더불어 세포 분열에 따라 합성바코드 내에 변이가 발생할 수 있도록 CRISPR-Cas9과 같은 염기서열 편집 도구를 같이 세포 내에 만들어주게 되며, 이후 합성바코드의 변이 과정을 추적함으로써 세포의 발달과 분화 과정을 추적할 수도 있습니다.

신장 내과 정수웅 교수는 논문 <Single-cell lineage tracing approaches to track kidney cell development and maintenance(신장 세포 발달과 유지 추적을 위한 단일 세포 계통 추적 접근 연구)>를 통해 앞서 설명한 single-cell lineage tracing 방법의 기본적인 원리와 신장 연구에 적용할 수 있는 방법에 관해 설명하고 있습니다.

single-cell lineage tracing 기법의 활용 가능성

그동안 single-cell lineage tracing 방법을 이용해 암세포가 만들어지는 과정을 추적하거나 뇌세포의 분화 과정을 연구한 논문이 발표된 바가 있지만 아직까지 신장 분야에서는 single-cell lineage tracing 기법을 사용한 연구 예가 없는 상태입니다. 물론 이를 신장 영역에 접목하는 과정이 쉽지는 않겠지만, 미지의 과학적 사실을 규명할 수 있는 잠재력이 충분히 있다고 생각됩니다.

정수웅 교수는 신장의 발달 과정과 신장 질환에 접목할 수 있는 좋은 예시를 제시해 전 세계의 다른 연구자들이 활용할 수 있도록 아이디어를 제공하고자 논문 내용을 작성했습니다. 한 가지 예로, 신장 이식 시 만성거부반응은 아직까지 효과적인 치료법이 없어 이식 신장 기능 상실의 주요 원인으로 자리매김하고 있습니다. 만성거부반응의 발생에 핵심적인 역할을 하는 B 림프구의 분화 과정을 신장이식 직후부터 만성거부반응 발생 시까지 추적하게 되면 이러한 정보는 추후 B 림프구의 발달 과정을 효과적으로 차단할 수 있는 치료제 개발의 밑거름이 될 것으로 예상됩니다.

이를 위해 마우스에서 신장 이식을 시행한 직후 합성바코드와 염기서열 편집도구를 함유한 항원에 노출된 적 없는 B 림프구(naive B lymphocyte)를 꼬리정맥을 통해 주입하고 약 1~2개월 후 이식신장내로 침투한 B 림프구에 들어있는 합성바코드의 변이패턴을 분석하게 되면 기억 B 림프구(memory B lymphocyte)를 비롯한 여러 B 림프구 아형으로의 분화 과정을 파악할 수 있는 전체적인 그림을 만들 수 있을 것으로 기대됩니다.

그 외에도 급성신부전에서 세뇨관의 재생과정 연구에 single-cell lineage tracing 기법이 활용될 수 있으며, 한번 손실되면 스스로 재생되지 않는 족세포의 재생 과정을 풀어내는 등 미지의 영역을 연구해 볼 수 있을 것으로 기대됩니다.