국내 연구진이 줄기세포의 품질을 결정하는 핵심 단백질이 세포 내에서 어떻게 조절되는지를 최초로 규명해 고품질 세포치료제 개발에 대한 기대감이 높아지고 있다.
서울아산병원은 세포유전공학교실 신동명 교수와 이승운 박사, 정보통계의학교실 김경곤 교수팀이 줄기세포의 정체성과 분화 능력을 유지하는 핵심 단백질인 ‘Dnmt3L’이 세포 내에서 안정적으로 유지되는 분자적 원리를 밝혀냈다고 6일 밝혔다.
줄기세포는 대량으로 배양하는 과정에서 품질이 저하되는 문제가 있었으며, 이는 난치병 치료 연구 임상 적용에 한계로 지적되는 부분이었다. 특히 줄기세포의 품질과 분화 능력을 결정하는 중요한 역할을 하는 Dnmt3L 단백질은 배양 환경에 따라 쉽게 변질되는 특성이 있었다.
연구팀이 다양한 배양 조건에서 줄기세포 유전자 발현 패턴을 분석한 결과, Dnmt3L 단백질 내 특정 아미노산 잔기인 K238과 K412 지점에서 아세틸화(Acetylation)라는 후성유전학적 변형이 일어나는 것을 발견했다.
아세틸화가 일어나면 Dnmt3L 단백질이 정상적으로 분해되지 않고 세포 내에 과도하게 쌓이게 된다. 연구팀 실험 결과, 줄기세포 유지에 중요한 단백질인 Prdm14와 G9a가 Dnmt3L과 직접 결합해 아세틸화를 억제하고 분해를 촉진한다는 사실이 밝혀졌다. 세포 내 특정 단백질 복합체가 줄기세포의 유전적 정보를 보호하는 역할을 하고 있음을 증명한 것이다.
연구에 따르면 유전자 조작을 통해 아세틸화가 일어난 줄기세포는 시간이 지날수록 DNA 메틸화 패턴이 무너지고, 신경 세포나 심장 세포 등으로 분화를 시도해도 정상 세포에 비해 그 효율성이 크게 감소했다. 연구팀은 “이는 고품질 줄기세포를 선별하거나 제조할 때 Dnmt3L의 아세틸화 상태가 결정적인 지표가 될 수 있음을 시사한다”고 설명했다.
신동명 교수는 “이번 연구는 줄기세포 배양의 고질적 난제였던 후성유전학적 불안정성과 품질 저하 문제를 해결할 실마리를 찾았다는 점에서 의의가 있다”며 “신경, 심장, 생식세포 등 특정 세포로의 분화 효율을 극대화할 수 있는 기술을 활용하면 향후 환자 맞춤형 고품질 세포치료제를 대량 생산하고 재생의료의 안전성을 높이는 데 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 최근 국제 학술지 《실험 및 분자 의학(Experimental & Molecular Medicine)》에 실렸다.
