간단논읽남 : 세포는 주사위놀이를 하지 않는다

아래 논문에 대한 간략논읽남. 왜 간략논읽남이냐면 블로그 주인 줄기세포 잘 모르거던. 언제는 알고서 논읽남했냐

Deterministic direct reprogramming of somatic cells to pluripotency
1. 일본의 Mr. Ya (やらないか가 생각나면 지는거다)가  “줄기세포 그까이꺼, Oct4, Sox2, Klf4, Myc 만 분화된 세포에서 과발현하면 만들어지거던?” 이라는 썰을 푼지 약 7년, 그리고 작년에 이 아저씨 스웨덴 가서 전 화약업자 아저씨 눈먼돈 좀 수령해 오심.

2. 그런데 지금까지 해결되지 못한 문제라면  Mr. Ya말처럼 이 네개의 유전자만 와장창 발현시키면 모든 세포가 다 짠~ 하고 iPSC가 되는게 아니라는 말이지..일단 효율이 무척 떨어지는 게 사실이고, 이 효율을 높이기 위해서 여러가지 난리를 다 쳐봤었음. 더 문제는 ‘동일한 세포에서 네 개의 유전자가 과발현되도 어떨때는 iPSC로 가고, 어떨때는 안간다’ 에 대한 해답이었음.

3. 야마나카 팩터를 다 발현시켰는데 왜 pluripotency를 먹지를 못하니 왜 극히 일부의 세포만 iPSC로 가는지에 대한 딜레머를 해석하기 위해서 여러가지 썰이 난무했었는데, 크게 두가지 모델이 제시되었다.

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소위 말하는 ‘엘리트 모델’ 은 ‘세포는 다 똑같지 않거던? 잘난세포가 있고 안잘난 세포가 있는게야. 개중 잘난세포에 야마나카 팩터가 들어가면 pluripotency로 가는거고, 안 그런 넘들은 평생 못가는거고‘ (물론 동일한 유전자를 가진 세포중에서 어떤 세포가 특별히 잘나게 되는지에 대한 확실한 설명은 없다는게 함정 ㅋ)

Stochastic Model 은 대충 이런거. ‘세포는 다 똑같애. 근데 왜 야마나카 팩터가 들어가면 극히 일부만 반응하냐고? 너 바닥에 고무공을 던지면 모두다 일정 높이로 뛰어오르냐? 제멋대로지? 그러니까 세포는 주사위 놀이를 하는거야. 그러다가 패가 잘 나오면 슥 pluoripotency로 가는거고, 그렇지 않은 대개의 세포는 같은 패를 잡고도 개털이 되는거고. 다 확률이라니깐

Screen Shot 2013-09-21 at 1.33.44 PM

이것을 위해서 Conrad Waddington이라는 옛날아저씨가 제창한 모델을 인용하고 있다. 즉 pluripotency를 가진 줄기세포는 일종의 산 위에 있는 고무공이고, 분화가 된 세포는 아래로 굴러떨어진 고무공이라고 생각해 보자. 계곡에는 여러 갈래가 있기 때문에 어느 한 계곡으로 빠진 넘은 다시 다른 계곡으로 넘어가지 못한다. 여기서 야마나카 팩터는 그냥 제일 밑 계곡에 쳐박혀 있는 세포 고무공에게 바운스를 크게 주는 것이라고 간주한다. 계곡 아래에 쳐박혀 있는 고무공에 바운스를 주어봐야 결국 대개의 공은 원래의 위치로 다시 꼴아박히는데, 개중 운좋은 몇 개는은 줄기세포가 위치해 있는 산중턱에 올라간다.

뭐 결국 한마디로 말해서 백번 실험해서 한번 될까말까 한 이유에 대해서 거창한 이론으로 합리화하려는 것 같긴 하지만 ㅋㅋㅋ

4. 그럼 이 논문은 무엇인가? ‘주사위놀이? 그런거 세포는 안해. 단지 분화된 세포가 줄기세포로 다시 되돌아가기가 힘든 것은 그런 것을 억제하는 메커니즘이 있기 때문이야‘ 라고 주장하고 있다. 즉 야마나카 팩터를 발현을 해도 대개의 세포가 pluripotency를 지니지 못하는 것은 일종의 피드백 저해가 있다는 설명.

5. 다른 연구에서도 잘 알려져 있다시피 pluripotency를 가지는 세포와 그렇지 않은 세포의 결정적인 차이라면 chromatin state의 차이, 즉 세포의 epigenetics state의 차이에 있다. 따라서 이들은 이러한 epigenetic state의 repressor 를 억제하는 것이 야마나카 팩터에 의한 pluripotency의 유도에 영향을 줄 것이라는 가설을 세우고 여러가지 epigenetic regulator를 shRNA쳐서 knockdown하고 이들이 pluripotency를 유도하는지의 여부를 조사하였다.

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6. 그래서 하나의 유전자가 걸렸는데 이는 이전에 크로마틴 리모델링/히스톤 디아실레이즈 컴플렉스로 알려진 NuRD complex라는 컴플렉스의 구성성분인 Mbd3이라는 단백질이었다. 그래서 Mbd3을 knockdown 한 상태에서 야마나카 팩터를 처리해보니 100% iPSC 컨버젼 달ㅋ성ㅋ

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7. 그래서 왜 이 유전자가 Knockdown되면 효율이 높아지는거임? 에 대해서 연구를 함.

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8. 야마나카 팩터인 Oct4,Klf4, Sox2, Myc을 가지고 immunoprecipitation을 했더니 Mbd3이라는 넘이 딸려나와! 즉 야마나카 팩터와 Mbd3은 같이 따라다님. 따라서 야마나카 팩터에 의해서 인덕션되는 유전자에는 Mbd3가 같이 붙어다님. 

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9. 그냥 붙어다니는게 문제가 아니라 해당 유전자의 발현을 저해해! 즉 야마나카 팩터를 쳐서 pluripotency 관련 유전자를 확 발현시켜 놓으니 Mbd3 이라는 넘이 다시 껴들어와서 발현시켜 놓은 것을 다 꺼버리거던?

10. 그래서 저자들이 주창한 모델은 바로 이것. “악셀 & 사이드브레키 모델”

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뭔말이냐고? 우리가 시동을 걸었음. 그래서 차를 웅~ 하고 출발시키려고 했음. 근데 그 상태에서 사이드브레이크를 안 풀었다고 생각해 봐. 차가 나가겠음? (물론 사이드브레이크가 살짝 걸려있을때는 차가 나갈수도 있겠지.)

이와 마찬가지로, 야마나카 팩터를 엑셀이라고 치면 Mbd3이 소속되어 있는 NuRD Complex는 브레이크라고 설명하고 있음. 즉 엑셀을 밟을때마다 브레이크가 자동으로 걸리는것임. (차 고장났네요)그래서 pluripotency를 유도하는 야마나카 팩터 해당 유전자를 발현시키기 위해서는 일단 브레이크를 풀고 (Mbd3을 knockdown 하든지) 엑셀을 밟아주라 (야마나카 팩터 발현) 이거지. Mr. Ya는 그냥 사이드브레이크가 걸리는지도 모르고 걍 악셀 풀로 밟아제낀거야 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋ 그러다가 운좋던지 사이드브레이크가 좀 나갔든지 하면 급발진으로 차가 나간거고. (급발진으로 노벨상 탄 Mr. Ya)

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그래서 대충 이런 그림을 그려주고 있음.

물론 저 바닥이 돌아가는 것을 얼핏이나마 본 사람이라면 다 알겠지만 오늘 이소리 했다가 내일 저소리 하는게 비일비재한 동네이므로 저 “사이드브레이크 안푼 김여사 모델”이 iPSC 가 만들어지는 결정적인 정설로 자리잡는지 안잡는지는 좀 세월이 지나야 알 수 있을 것임.

“그건 그렇고 그래서 이제 줄기세포로 강원래가 휠체어에서 일어날 수 있는거임?”

그런거 묻지마셈. 모른다니까염.

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