中 연구팀 "수정란에 배아줄기세포 주입…조직 67%에 주입된 세포 포함" "영장류 배아줄기세포 연구·질환 동물모델 개발 등에 기여할 것"
한 원숭이의 수정란에 다른 원숭이 배아줄기세포를 주입해 각종 장기는 물론 생식세포에까지 배아줄기세포(ESC)에서 유래한 세포가 섞여 있는 '키메라 원숭이'가 처음으로 태어났다.
중국과학원(CAS) 신경과학연구소 류젠 교수팀은 10일 과학 저널 '셀'(Cell)에서 수정 7일 된 시노몰구스 원숭이의 배반포기 배아줄기세포를 수정 4~5일 된 배아에 주입, 장기와 조직 세포의 67%가 배아줄기세포 유래 세포로 이뤄진 '키메라 원숭이'가 태어났다고 밝혔다.
류 교수는 "이는 이 분야에서 오랫동안 추구해온 목표로 인간을 포함함 영장류 배아줄기세포 만능성에 대한 규명 측면뿐 아니라, 유전공학과 종 보존 등 실용적 의미도 있다"며 "특히 신경계 질환과 다른 생의학 연구를 위한 정밀한 원숭이 모델을 만드는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.
지금까지 초기 배아줄기세포를 이용해 두 개체의 세포가 섞여 있는 새끼를 만드는 것은 생쥐와 쥐에서는 성공을 거둬 유전자 표적 모델로 이용돼 왔지만 비인간 영장류를 포함한 다른 종에서는 성공하지 못했다. 연구팀은 이 연구에서 순수한 원숭이 배아줄기세포 확립을 위한 다양한 배양 조건과 키메라 배아 배양 절차를 최적화하는 방법으로 배아줄기세포서 유래 세포가 신체 장기와 생식세포 등에 효율적으로 통합된 키메라 원숭이를 만드는 데 성공했다.
연구팀은 먼저 수정된 지 7일 된 배반포기 원숭이 배아에서 신체의 모든 장기와 조직으로 자랄 수 있는 배아줄기세포를 채취한 다음 이들 세포가 어떤 세포로 발달하는지 알 수 있도록 녹색 형광 단백질 유전자를 추가했다.
이어 이 배아줄기세포를 다양한 조건에서 배양한 다음 수정된 지 4~5일 된 다른 원숭이 배아에 주입하고 배양한 다음 두 원숭이의 세포가 섞여 있는 배아를 대리모 40마리의 자궁에 이식했다. 키메라 배아가 이식된 대리모 원숭이 중 12마리가 임신에 성공했으며 최종적으로 한 마리가 살아있는 키메라 원숭이를 낳았고 다른 키메라 원숭이 한 마리는 임신이 유지되다가 유산됐다.
두 마리 모두 수컷이었다.
연구팀이 유산된 키메라 원숭이와 태어난 지 3일 된 키메라 원숭이의 심장과 뇌, 폐 등 26개 장기·조직의 유전자를 검사한 결과 장기에 따라 21~92%, 전체적으로 평균 67%가 배아줄기세포에서 유래한 세포로 이루어진 것으로 밝혀졌다. 배아줄기세포 유래 세포들은 일반 장기와 조직은 물론 고환과 정자 세포로 발달하는 세포에도 들어 있었고, 눈동자와 손가락 등 다양한 조직과 장기에서 배아줄기세포 유래임을 나타내는 녹색 형광 단백질이 확인됐다.
공동 교신저자인 CAS 미겔 에스테반 박사는 "이 결과는 원숭이의 순수한 초기 배아줄기세포가 신체를 구성하는 모든 다양한 조직으로 분화할 수 있다는 강력한 증거를 제시하는 것"이라며 "이는 영장류 종에서 만능 줄기세포의 발달 잠재력에 대한 이해를 더 깊게 해줄 것"이라고 말했다.
연구팀은 앞으로 배아줄기세포의 배양 조건과 배아줄기세포가 주입된 키메라 배아의 배양 조건 등을 최적화해 키메라 원숭이 생성 효율을 높일 계획이라고 밝혔다.
이어 궁극적으로 유전자 편집 기술을 이용해 원하는 유전적 특성을 가진 새끼를 낳을 수 있는 생식세포가 있는 키메라 원숭이를 만드는 것이 목표라며 이번 연구 결과가 이 목표를 달성할 수 있는 토대가 될 것이라고 덧붙였다.
◆ 출처 : Cell, Zhen Liu et al., 'Live birth of chimeric monkey with high contribution from embryonic stem cells', http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2023.10.005