동일세포의 다양한 반응의 원인 발견

스위스 쥬리히 기술연구소 (Institute of Technology Zurich, ETH)의 연구팀은 지금까지 설명되지 않았던 현상인 왜 동일한 형태의 세포가 다르게 반응하며 그 이유가 무엇인가에 대해 알 수 있는 연구결과를 발표했다. 한 세포군의 특성은 동일한 형태의 세포에서 관찰되는 각기 다른 세포활동을 결정한다. 이것은 스위스 쥬리히 ETH의 분자시스템 생물학 연구소 (Institute for Molecular Systems Biology)의 교수인 루카스 펠크만스 (Lucas Pelkmans)가 이끄는 연구팀의 연구결론이다. 이들은 잘 알려진 세포의 이질성 현상의 원인을 조사했다. 지금까지 동일한 종류의 세포에서 보여주는 각기 다른 반응의 이유는 조사되지 않았다.

지난 3년 동안 집중적인 개발과 연구를 통해서 연구자들은 수백만 개의 세포를 배양하는 과정에서 개별 세포의 다양성 형성과정을 관찰할 수 있는 컴퓨터-지원 과정을 개발했으며 이 과정의 비밀을 벗겨낼 수 있게 되었다. 지금까지 세포의 다양성은 단순히 ‘소음’이라 불렸으며 이것은 통계적으로 무작위 분포로 생각되었다. 하지만 이번 연구결과 세포의 차별적인 반응은 무작위적인 것이 아니라 특정한 원인이 예측 가능한 분포패턴을 일어나게 한다는 사실을 발견했다. 이번 연구는 <네이처>지에 발표되었다.

펠크만스는 “이번 프로젝트에서 우리는 자동화된 기구를 개발했으며 이것은 RNAi 이미지기반 스크리닝 센터로 높은 회전율의 세포실험에 사용할 수 있었다”고 설명했다. 이 컴퓨터지원 방법은 이번 실험과 연관되어 개발되었으며 세포의 표현형을 양화할 수 있게 되었으며 자동적으로 묘사할 수 있게 한다. 이 자료는 모델에 제공되어 어떻게 개별 세포의 특징이 발달되고 각각 세포에 영향을 주는가를 보여준다. 과학자들은 세포배양과정에서 세포의 숫자에 의해 이미 결정된 세포의 특성에 대해 연구했다. 예를 들어 이것은 세포군의 크기와 지역 세포밀도, 개발 세포의 크기, 세포가 세포배양의 가장자리에 위치해 있는지 여부와 그래서 그 반대편의 다른 세포에 의해 제한되지 않는가, 이 세포가 핵을 복제하는 과정에 있는가 여부와 소위 프로그램 된 세포죽음의 과정에 있는지 여부를 포함하고 있다.

개별 세포에 대해 과학자들은 세포외부에 존재하는 이물을 세포막의 일부와 주변의 배양기를 흡수하는 활동 (endocytosis)의 다양성을 조사했다. 이들은 또한 세포의 신호와 반응을 전달하는데 중요한 역할을 하는 세포표면의 특정한 지방입자 (스핑고리피드, sphingolipid)의 다양한 양을 조사했다. 그리고 이들은 또한 세포배양과정에서 세 가지 다른 바이러스를 이용하여 감염시키고 감염과정의 차이점을 관측했다. 펠크만스는 “우리는 개별세포에 대한 다중변수 분석을 했으며 매우 많은 각기 다른 결과를 얻어내었다”고 설명했다. 이 엄청난 양의 데이터를 가지고 연구자들은 어떤 변수가 각각 영향을 주었는가를 알아보기 위한 컴퓨터 모델을 사용했다. 이를 통해서 ‘이종 특성 (heterogeneity signature)’이라고 불리는 많은 규칙을 발견했으며 이 과정에서 세포배양의 군집크기에 의존하는 특성은 세포반응에 영향을 준다는 사실을 모델을 통해 알 수 있었다.

그리고 그 다음 단계에서 과학자들은 이 모델이 세포의 반응을 잘 예측할 수 있는가를 조사했다. 이를 통해서 고도로 정확한 예측이 가능하며 다양성은 세포군집의 특성에 의해 결정된다는 것을 알아내었다. 이 세포배양은 자연적으로 각각 차이가 있으며 세포가 외부물질을 흡수하는 과정과 바이러스 감염과정에서 세포배양에서 개별 세포의 반응을 각기 다양하다는 것을 설명할 수 있게 되었다. 예를 들어 세포배양과정에서 세포의 밀도가 높을 때 외부 물질을 흡수하는 활동은 일정해지고 쉽게 통제가 가능해 진다. 그리고 특정한 설사를 일으키는 바이러스는 좀더 밀도가 적은 세포군에 감염되기 쉽다.

이번 발견은 세포배양의 비교연구에 매우 중요하다. 펠크만스는 “이것은 가장 중요한 방법 중에 하나이다. 하지만 동시에 세포 생물학자들에게 큰 골치거리가 될 수 있다”고 AFGOTEK. 이번 연구는 두 가지 세포배양에서 반응은 각각 세포배양에서 반응을 모델을 통해서 예측할 수 있을 때 좀더 비교가 가능하고 적어도 10만 개의 세포 군집의 특성에 주는 영향을 설명할 수 있다는 점을 보여주었다. 이것은 매우 중요한 함의를 지닌 것으로 예를 들어 제약업체에는 매우 중요하다. 이번 연구가 보여준 것처럼 많은 변화는 직접적으로 세포에 영향을 주지 않는다. 하지만 전체 군집으로 볼 때 개별세포의 행동에 있어서 변화를 일으킬 수 있다.

사진설명: 클라트린으로 매개된 엔도시토시스에서 세포 대 세포의 다양성 (녹색 신호)은 각기 세포의 밀도에 따라 결정된다.
출처: <Science Daily> 2009sus 10월 5일
참고자료: Snijder et al. Population context determines cell-to-cell variability in endocytosis and virus infection. Nature, 2009; DOI: 10.1038/nature08282
 

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/09/090911204217.htm

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그간 컴퓨터와의 얄팍한 관계 속에서 느낀바 있어 이제 진짜 블로거로써도 한번 살아보고 싶은 네오 하지만 딱히 글쓰는 재주는 없고 그렇다고 박학다식하지도 않으며, 또 주관이 뚜렷한 것도 아니라서 줄 곧 불펌 나르기만 해왔기에.. 할 줄 아는 거라곤 그나마 전공이지 않을까 전공으로 뭐 하나 해 볼 순 없을까 결국 얄팍한 지식의 깊이도 들어나겠지만.. 한번 건들여 봐?

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