유전자가 줄기세포의 전문화를 결정합니다.

특정 유형의 줄기세포는 개인의 전문 분야를 "선택"합니다.

유기체의 세포 구조는 점차 노화되고 사멸하여 새로운 세포로 대체됩니다. 이러한 메커니즘은 거의 모든 장기와 조직에서 공통적으로 나타납니다. 줄기세포 의 저장 덕분에 구조는 재생됩니다. 성인 인체에서는 매일 5천억 개의 새로운 혈액 세포(적혈구, 림프구, 혈소판)가 생성됩니다.

혈액 세포 분열 과정에서 개별 자손 세포들은 줄기세포의 역할을 계속 수행하여 수를 유지하고, 나머지는 혈액 세포로 전환됩니다. 이러한 전환은 단계적으로 진행되며, 모든 일차 줄기세포는 혈액 세포를 형성할 수 있습니다. 세포 전환의 선택은 무엇에 따라 달라지며, 줄기세포는 특수성을 가지고 있을까요?

여기서 특정 구조의 "유전적 소인"을 분석하는 것이 중요합니다. 따라서 각 세포마다 "조상", 즉 이전 세포와 "이전 세포"를 찾아 소위 세포 "계보 나무"를 구축해야 합니다. 이를 위해 유전공학적 방법을 이용하여 세포 DNA에 특수 유전자 태그를 삽입하여 세포 집단 내에서 유전자를 더욱 자세히 관찰할 수 있도록 합니다. 이 태그는 단순한 라벨이 아니라, 분열의 각 단계에서 수정되어야 합니다.

매사추세츠 공과대학교, 다나-파버 암연구소 등 많은 연구소의 과학자들이 이러한 프로젝트에 관심을 갖고 있습니다.

얼마 전 과학자들은 세포 세대를 구분할 수 있는 천연 유전 표지자가 미토콘드리아 DNA라는 사실을 밝혀냈습니다. 미토콘드리아 DNA에서는 돌연변이가 자주 발생하며, 핵 DNA와는 달리 추적하기가 비교적 쉽습니다.

현재까지 하나의 구조를 관찰하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 연구자들은 이미 여러 인간 혈액 세포의 계보 목록을 작성할 수 있었습니다. 건강한 젊은 남성의 줄기세포도 동일한 수준의 특수성을 가진 혈액 구조를 형성하는 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 적혈구나 호산구처럼 단일 세포 유형을 선호하는 줄기세포도 있습니다. 이러한 선호도는 비교적 안정적이며 세대를 거쳐 유전됩니다.

연령에 따른 변화가 증가하면 어떤 일이 일어날까요? 개별 줄기세포 집단이 다른 집단보다 우세해지기 시작하고, 이는 점차 공통 세포 집단의 다양성 감소로 이어집니다. 이 현상의 정확한 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다.

과학자들은 세포 구조의 유전적 역사를 추적하고, 여러 세대에 걸쳐 유전자 활동의 변화를 기록하는 법을 배웠습니다. 아마도 이러한 현상은 혈액 세포뿐만 아니라 인체의 다른 세포에도 적용될 수 있을 것입니다.

연구에 대한 일반 정보는 Nature 저널을 참조하세요.