7-9. 각종 줄기세포 되라고 명령하는 마스터 유전자 나노그(Nanog) 발견

2003년 5월 29일, 영국 에든버러대학(University of Edinburgh) 오스틴 스미스(Austin Smith)⁴⁰¹⁾ 교수와 일본 나라 과학기술연구소(Nara Institute of Science & Technology)⁴⁰²⁾의 동물분자공학(Animal Molecular Technology)⁴⁰³⁾과의 야마나카 신야(Shinya Yamanaka) 박사 연구팀이 쥐의 배아 줄기 세포에서 마스터 유전자를 발견했다. 그간 유전학자들이나 생물학자들이 그처럼 오랜 시간 동안 찾아 헤매던  ‘생물학의 성배(聖杯, A holy grail of biology)’인, 배아 줄기 세포(embryonic stem cells)에서 특정 세포가 되라고 명령하는 마스터 유전자(Master Gene)를 발견한 것이다.⁴⁰⁴⁾ 따라서 이 마스터 유전자를 잘 활용하면 특정 세포나 조직, 더 나아가 장기나 기관 등으로 배양하여 병든 각 장기들을 대체해 불치병을 고칠 수 있는 획기적인 전기가 마련된 것이다. 그러므로 그간 배아 줄기 세포만을 갖고 연구하던 것들이, 이제는 어떤 일반 세포에서도 이 마스터 유전자를 조작하면 원하는 각종 줄기 세포들을 배양할 수 있을 것으로 기대하는 것이다. 다만 본 절을 이해하려면 먼저 소개되는 기본 용어 및 줄기 세포란 무엇인지를 알고 있어야 한다.   

기본 용어 설명

인간의 몸(Body)을 분해하면 장기(Organ)가 나온다. 소위 말하는 오장 육부나 각종 눈, 귀 등의 기관을 의미한다. 이 장기(기관)를 다시 분해하면 조직(Tissue)이 되고, 그 다음 줄기세포(Stem cell)가 되고, 그 다음 배아 줄기 세포(Embryonic stem cell)가 되고, 그 다음 배아(Embryo), 그 다음 배반포기(Blastocysts), 그 다음 세포(Cell) -> 24개의 염색체 ->666,000의 유전자 ->32억 쌍의 염기(Base)로 분해된다. 그런데 현존의 의술은 병이나 암이 걸렸을 때 이들 장기나 조직을 수술하여 도려내고 있지만, 그 다음 의술인, 210 종류의 모든 인체 장기로 자랄 수 있는 만능세포(Pluripotent cell)인 줄기세포를 추출하여 손상된 장기나 조직에 이식하거나 아예 줄기세포를 장기나 조직으로 성장시켜 장기이식이나 조직이식을 하자는 것이다.⁴⁰⁵⁾

줄기세포(Stem Cell) - 특화 되지 않은 세포로 무한정 분화(분열)될 수 있어 인체 내의 특화세포로 성장할 수 있다(An unspecialized cell that has the ability to divide for indefinite periods of time, and can also give rise to specialized cell types in the body). 줄기세포는 210종류의 모든 인체 장기로 자랄 수 있는 근원세포로 이를 만능 세포(Pluripotent cell)라고도 한다. 무한히 분열하고 증식하며, 어떤 종류의 세포로도 분화할 수 있는 두 가지 능력을 갖췄다. 어디서 얻느냐에 따라 배아 및 성체(adult) 줄기세포로 구분한다.

배아 줄기 세포(Embryonic stem cell) - 복제배아나 수정란배아에서 추출한 줄기 세포로 인체 내의 모든 세포로 분화할 수 있는 만능 세포이다.

성인(체) 줄기 세포(Adult stem cell) - 성체 조직인 골수, 피부, 근육 등에서 추출한 줄기 세포로 이 또한 특화 되지 않은 세포이다. 하지만 배아 줄기 세포와는 달리 한정된 특화 세포로만 성장할 수 있다(Stem cells taken from adult tissue (i.e. bone marrow, skin, muscle etc.). Adult stem cells are undifferentiated cells found in a specialized tissue. They have the ability to make a limited range of specialised cell types).

재생 의학(Regenerative medicine) - 줄기 세포들은 병에 걸리거나 손상된 조직들을 대체할 수 있다. 예를 들면 파킨슨병(중풍)의 현재 치료 방법은 없다. 따라서 줄기 세포가 손상된 신경세포를 대체할 수 있을 것으로 기대된다(It is hoped that stem cells will be able to replace/replenish tissue that has been diseased or damaged. For example, in Parkinson’s disease for which there is no effective current treatment, it is hoped that stem cells will be able to replenish the damaged nerve cells).

차별화(특화, Differentiation) - 특별한 임무를 수행하기 위해 차별화 된 세포들의 프로세스(The process by which cells become specialized to perform particular tasks).

자기 재생(Self-renewal) - 하나의 줄기 세포가 무한정으로 분화(분열)하거나 스스로 자기 복제하는 것(The ability of a stem cell to divide and produce copies of itself, for an indefinite period of time).

만능(Pluripotent) - 하나의 줄기 세포가 인체 내의 다양한 세포로 성장할 수 있는 능력(The ability of a stem cell to give rise to the many different cell types of the body).

배반포기(胚盤胞期, blastocysts) : 수정란이 분화되어 하나였던 난자(oocyte)는 2개→4개→8개→16개 등으로 분열한다. 난자의 세포가 늘어나는 것이다. 128개 정도까지 난자 세포가 늘어나는 단계를 배반포기(胚盤胞期)라고 한다. 인간의 경우4~5일 발달한 단계로, 안쪽에 장차 각종 장기로 자랄 내부 세포 덩어리가 있다. 이 세포 덩어리를 떼내어 성장시키면 줄기세포가 된다. 현재 과학자들이 추출하는 방식은 배반포기에서 추출하는 것이다. 그 이유는 배반포기까지가 시험관에서 키울 수 있는 한계라는 게 연구자들의 말이다. 인공적으로 자궁과 같은 환경을 만들어 주기 어렵기 때문이다.

배아(胚芽, embryo) : 수정란이 된 뒤 14일까지 수백 개의 세포로 분열되는 상태이다. 이 세포를 떼내면 줄기세포가 되지만 인공적으로 자궁과 같은 환경을 만들어 주기 어려워 이 완성된 줄기세포를 추출하는 것은 현재의 기술로 불가능하다.