체세포핵이식

Somatic cell nuclear transfer
체세포 핵이식은 생식 목적과 치료 목적 모두를 위해 클론을 만들 수 있다.이 다이어그램은 도식 목적을 위해 기증자 핵을 제거하는 모습을 보여줍니다. 실제로는 기증자 세포 전체가 옮겨집니다.

유전학과 발달생물학에서 체세포핵이식(SCNT)은 체세포와 난자세포에서 생존 가능한 배아를 만드는 실험실 전략이다.그 기술은 제핵된 난모세포를 채취하고 체세포로부터 기증자핵을 이식하는 것으로 구성된다.그것은 치료용 복제와 생식용 복제에 모두 사용된다.1996년, 양 돌리는 [1]포유류의 생식 복제에 성공한 첫 사례로 유명해졌다.2018년 1월, 상하이의 과학자 팀은 태아 [2]핵에서 게를 먹는 두 마리의 암컷 마카크(종중과 화화)를 성공적으로 복제했다고 발표했다.

"치료용 복제"는 재생 의학에서 SCNT의 잠재적인 사용을 언급하고 있다; 비록 두 종류의 세포들이 얼마나 상동성이 있는지에 대한 의문점이 남아있지만, 이 접근법은 배아줄기세포와 의학 사용을 위한 생존 가능한 배아의 파괴에 관한 많은 문제들에 대한 해답으로 옹호되어 왔다.

서론

체세포 핵이식은 체세포의 핵을 제핵란의 세포질로 옮기는 복제 기술이다.체세포 이동 후 세포질 인자는 핵에 영향을 미쳐 접합자가 된다.배반포 단계는 [3]난자에 의해 발달되어 배반포의 내부 세포 덩어리에서 배아줄기세포를 만드는 것을 돕는다.이 기술로 개발된 최초의 동물은 1996년 [4]양 돌리였다.

과정

체세포 핵이식 과정은 두 개의 다른 세포를 포함한다.첫 번째는 난자(난자/구세포)로 알려진 암컷 생식체이다.인간 SCNT 실험에서 이 난자들은 난소 자극을 이용하여 동의한 기증자를 통해 얻어진다.두 번째는 체세포로 인체의 세포를 말합니다.피부 세포, 지방 세포, 그리고 간 세포는 단지 몇 가지 예시일 뿐이다.기증자 난자의 유전 물질은 제거되고 버려져 '디프로그래밍'된 상태로 남는다.남은 것은 체세포와 제핵 난자 세포이다.이것들은 체세포를 '빈' 난자에 [5]삽입함으로써 융합된다.체세포 핵은 난자에 삽입된 후 숙주 난자에 의해 재프로그래밍된다.현재 체세포의 핵을 포함하고 있는 난자는 충격으로 자극을 받아 분열되기 시작할 것이다.이 난자는 이제 생존 가능하며 한 부모로부터 필요한 모든 유전 정보를 가진 성인 유기체를 생산할 수 있다.발육은 정상적으로 이루어지며, 많은 유사분열 후에, 단일 세포는 원래의 유기체(즉,[6] 복제체)와 동일한 게놈을 가진 배반포를 형성한다.줄기세포는 치료용 복제에 사용하기 위해 이 복제 배아를 파괴함으로써 얻을 수 있으며, 생식 복제의 경우, 복제 배아는 더 발전하기 위해 숙주 모체에 이식되어 종말을 맞이할 수 있다.

적용들

줄기세포 연구

체세포 핵이식은 줄기세포 연구의 초점이 되고 있다.이 절차를 수행하는 목적은 복제된 배아에서 만능 세포를 얻는 것이다.이 세포들은 유전적으로 그들이 태어난 기증자와 일치했다.이것은 그들에게 치료나 [7]질병 연구에 사용될 수 있는 환자 고유의 만능 세포를 만들 수 있는 능력을 준다.

배아줄기세포는 분화되지 않은 배아의 세포이다.이 세포들은 성인 유기체에서 발견되는 모든 조직을 만들어 낼 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에 만능 잠재력을 가지고 있는 것으로 여겨진다.이 능력은 줄기세포가 어떤 종류의 세포든 만들 수 있게 해주며, 이것은 손상되거나 파괴된 세포를 대체하기 위해 이식될 수 있다.생존 가능한 인간 배아의 파괴로 인간 배아줄기세포 연구를 둘러싼 논란이 일면서 과학자들이 만능줄기세포를 얻기 위한 대체 방법을 찾도록 유도하고 있는데, SCNT도 그러한 방법 중 하나이다.

유전적으로 환자와 일치하는 줄기세포의 잠재적 용도는 환자의 특정 질병과 관련된 유전자를 가진 세포주를 만드는 것이다.그렇게 함으로써, 체외 모델을 만들 수 있고, 그 특정 질병을 연구하고, 잠재적으로 병태생리학을 발견하고,[8] 치료법을 발견하는데 유용할 것이다.예를 들어 파킨슨병을 앓고 있는 사람이 체세포를 기증했다면 SCNT에 의한 줄기세포는 파킨슨병의 원인이 되는 유전자를 갖게 될 것이다.질병 [9]특이 줄기세포주는 그 상태를 더 잘 이해하기 위해 연구될 수 있다.

SCNT 줄기세포 연구의 또 다른 응용 분야는 환자 특정 줄기세포주를 사용하여 특정 [10]환자에게 이식하기 위한 조직 또는 장기를 생성하는 것입니다.결과 세포는 체세포 공여자와 유전적으로 동일하기 때문에 면역체계 [9][11]거부반응으로 인한 합병증을 피할 수 있다.

현재 전 세계 극소수의 연구실만이 인간 줄기세포 연구에 SCNT 기술을 사용하고 있다.미국에서는 현재 하버드 줄기세포 연구소, 캘리포니아 대학 샌프란시스코, 오리건 보건 [12]과학 대학, 스테마겐(LA Jolla, CA), 그리고 아마도 첨단 세포 기술의 과학자들이 배아 [13]줄기세포를 생산하기 위해 체세포 핵이식을 사용하는 기술을 연구하고 있다.영국에서는 인간 수정 및 배아학 기관이 로슬린 연구소와 뉴캐슬 [14]생명 센터의 연구 그룹에 허가를 내주었다.SCNT는 [15]중국에서도 발생할 수 있습니다.

2005년 황우석 교수팀은 SCNT를 [16]통해 줄기세포주를 추출했다는 주장을 발표했지만 조작된 데이터로 [17]이를 뒷받침했다.최근의 증거는 그가 실제로 부분 [18][19]주석으로 줄기세포주를 만들었다는 것을 증명했다.

비록 동물 복제에 많은 성공들이 있었지만, 난자의 재프로그래밍 메커니즘에 관한 의문들은 여전히 남아있다.많은 시도에도 불구하고 인간 핵이식 배아줄기세포를 만드는 데 성공하는 데는 한계가 있었다.인간 세포의 배반포 형성 능력에 문제가 있다; 세포는 발달의 8단계를 지나가지 못한다.이것은 체세포 핵이 적절한 발육에 중요한 배아 유전자를 활성화하지 못하기 때문에 생긴 결과로 생각된다.이러한 초기 실험들은 거의 성공하지 못한 비살상 동물에서 개발된 절차를 사용했다.

오리건 보건 과학 대학의 연구 그룹은 피부 세포를 사용하여 영장류를 위해 개발된 SCNT 절차를 성공적으로 시연했습니다.이들의 성공 비결은 세포주기의 중기 II(MII)에서 난모세포를 이용하는 것이었다.MII의 난자 세포는 이식된 체세포 핵을 만능 상태의 세포로 재프로그래밍하는 특별한 능력을 가진 세포질의 특별한 인자를 포함하고 있다.난자의 핵이 제거되면, 세포는 유전 정보를 잃게 된다.이것은 왜 제핵된 난자가 재프로그래밍 능력을 저해하는지에 대한 비난을 받아왔다.중요한 배아 유전자는 난모세포 염색체와 물리적으로 연결되어 있으며, 제핵은 이러한 요인들에 부정적인 영향을 미친다.또 다른 가능성은 난자핵을 제거하거나 체세포핵을 삽입하면 세포세포가 손상되어 재프로그래밍 능력에 영향을 미치는 것이다.

이를 감안해 연구팀은 인간 SCNT 줄기세포를 만들기 위해 새로운 기술을 적용했다.2013년 5월, 오리건 그룹은 태아 및 유아 기증 세포를 사용하여 SCNT를 통해 유도된 인간 배아 줄기세포주를 성공적으로 유도했다고 보고했다.지원자들의 MII 난모세포와 그들의 개선된 SCNT 절차를 사용하여 인간 복제 배아가 성공적으로 생산되었다.이 배아들은 질이 좋지 않았고, 상당한 내부 세포 덩어리가 부족했으며, 부실하게 구성된 대류피질이었다.불완전한 배아는 인간 ESC의 획득을 막았다.난자의 핵 제거 및 체세포와 난자의 융합 과정에서 카페인이 첨가되어 배반포 형성과 ESC 분리가 개선되었다.ESC는 기형종을 생성할 수 있는 것으로 확인되었으며, 다능성 전사 인자를 발현하고 정상 46XX 핵형을 발현하여 SCNT가 실제로 ESC와 [12]유사함을 나타낸다.이것은 인간의 체세포를 재프로그래밍하기 위해 SCNT를 성공적으로 사용한 첫 번째 사례였다.이 연구는 배아줄기세포를 생산하기 위해 태아와 유아 체세포를 사용했다.

2014년 4월, 국제 연구팀이 이 돌파구를 확장했습니다.성인 체세포를 사용해도 같은 성공을 거둘 수 있는지에 대한 의문이 남아 있었다.후생유전학과 나이와 관련된 변화는 성인 체세포의 재프로그래밍 능력을 방해할 수 있다고 생각되었다.오리건 연구 그룹에 의해 개척된 절차를 실행함으로써 그들은 35세와 75세의 두 기증자의 성체 세포를 사용하여 SCNT에 의해 생성된 줄기세포를 배양할 수 있었고, 이는 나이가 세포의 [20][21]재프로그래밍 능력을 방해하지 않는다는 것을 보여준다.

2014년 4월 말 뉴욕줄기세포재단은 성체세포에서 추출한 SCNT 줄기세포를 만드는 데 성공했다.이 줄기세포 중 하나는 제1형 당뇨병의 공여 세포에서 파생되었다.그 후 이 그룹은 성공적으로 줄기세포를 배양하고 분화를 유도할 수 있었다.쥐에게 주입했을 때, 세 개의 배아 층의 세포는 모두 성공적으로 형성되었다.이 세포들 중 가장 중요한 것은 인슐린을 발현하고 [22]호르몬을 분비할 수 있는 세포들이었다.이러한 인슐린 생성 세포는 당뇨병 환자의 대체 치료에 사용될 수 있으며, 실제 SCNT 줄기세포 치료 가능성을 보여줍니다.

SCNT 기반 줄기세포 연구의 추진력은 줄기세포를 생성하는 대체 방법의 개발과 개선으로 인해 감소하였다.정상 체세포를 만능 줄기세포로 재프로그래밍하는 방법은 2007년에 인간에서 개발되었다.이듬해 이 방법은 SCNT 기반 줄기세포 연구의 핵심 목표인 다양한 질병과 관련된 [23]모든 유전자를 가진 만능 줄기세포주의 도출을 달성했다.SCNT에 기초한 줄기세포 연구에 종사하는 일부 과학자들은 최근 유도 다능성 줄기세포의 새로운 방법으로 옮겨갔다.최근의 연구들은 iPS세포가 배아줄기세포와 얼마나 유사한지에 대해 의문을 제기하고 있다.iPS의 후생유전기억은 분화할 수 있는 세포 계통에 영향을 미친다.예를 들어 혈액세포에서 유도되는 iPS세포는 야마나카인자만을 사용하여 혈액세포로 분화하는데 더 효율적이지만 [24]뉴런 생성에는 덜 효율적입니다.그러나 최근의 연구는 작은 분자를 사용하는 iPSC의 후생유전기억에 대한 변화가 그들을 거의 순진한 다능성의 [25][26]상태로 재설정할 수 있다는 것을 보여준다.연구들은 심지어 사질보완을 통해 전체 생존 가능한 유기체를 iPSC만으로 [27]만들 수 있다는 것을 보여주었다. SCNT 줄기세포는 비슷한 문제를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.소 SCNT 복제의 낮은 생산량의 원인은, 최근 몇 년 동안, [28]난모세포에 도입되고 있던 체세포의 이전에 숨겨진 후생유전기억에 기인하고 있다.

생식 복제

주요 기사: 클로닝
SCNT 및 클로닝 애플리케이션에 사용되는 BTX ECM 2001 일렉트로퓨전 제너레이터

이 기술은 현재 동물 복제의 기초가 되고 있으며,[29] 인간을 복제하는 가능한 방법으로 제안되어 왔다.생식 복제에 SCNT를 사용하는 것은 제한된 성공과 함께 어려운 것으로 입증되었습니다.높은 태아와 신생아 사망률은 그 과정을 매우 비효율적으로 만든다.그 결과 복제된 자손들은 또한 인간이 아닌 종에서 발달 장애와 각인 장애에 시달린다.이러한 이유로, 도덕적, 윤리적 반대와 함께, 인간의 생식 복제는 30개국 [30]이상에서 금지되어 있다.대부분의 연구원들은 예측 가능한 미래에는 현재의 복제 기술을 사용하여 인간 복제를 만들어 내는 것이 불가능할 것이라고 믿고 있다.인간 SCNT의 [31][32]초기 배아 발달 동안 현재의 한계를 극복하기 위해서는 중요한 조정이 필요하지만, 그것은 여전히 가능성으로 남아 있다.

또한 미토콘드리아 DNA의 돌연변이와 관련된 질병을 치료할 가능성이 있다.최근의 연구는 이러한 질병들 중 하나로 고통받는 신체 세포의 핵의 SCNT가 건강한 난모세포로 미토콘드리아 질병의 유전을 막는다는 것을 보여준다.이 치료법은 복제를 수반하지 않지만 세 명의 유전적 부모를 가진 아이를 낳을 것이다.정자세포를 제공하는 아버지, 난자핵을 제공하는 어머니, 제핵란세포를 [10]제공하는 어머니.

2018년, 복제양 돌리와 같은 방법으로 두 마리의 살아있는 암컷 복제(요람을 먹는 원숭이 종중과 화화)를 탄생시킨 첫 번째 체세포 핵이식을 이용한 영장류 복제 성공 사례가 [2][33][34][35][36]보고되었다.

이종간 핵이식

종간핵이식(iSCNT)은 멸종위기종 또는 멸종 후 종복구를 용이하게 하기 위해 사용되는 체세포 핵이식의 수단이다.이 기술은 일반적으로 가축과 설치류 사이에 있거나 난모세포와 대리동물이 즉시 공급되는 SCNT 복제와 유사하다.하지만, 멸종 위기에 처했거나 멸종된 종들의 복제는 다른 복제 방법을 사용해야 한다.종간 핵이동은 숙주와 기증자가 서로 밀접하게 관련되어 있고 같은 속 안에 있는 두 개의 다른 유기체를 이용한다.2000년 로버트 란자는 가우르의 복제 태아인 보스 고우루스를 가축 소인 보스 [37]고우루스와 성공적으로 결합시켜 생산할 수 있었다.

종간 핵이동은 세포핵 재프로그래밍의 트리거 메커니즘의 보편성에 대한 증거를 제공한다.예를 들어, 굽타 [38]외 연구진은 소, 생쥐 및 닭 공여 세포를 제핵된 돼지 난모세포로 종간 체세포 핵이식(iSCNT)하여 트랜스제닉 복제 배아를 생산할 수 있는 가능성을 조사했다.또한 돼지배아 시험관내 배양용으로 설계된 NCSU23 배지는 소, 마우스, 닭 iSCSINT 배지의 시험관내 발달을 배반포 단계까지 지원할 수 있었다.또한 난모세포세포세포는 인간 체세포를 개조하여 배아 [39]단계로 되돌리는 재프로그래밍에 사용할 수 있다.

제한 사항

체세포핵이식(SCNT)은 난자와 도입핵 모두에 가해지는 스트레스로 인해 비효율적일 수 있다.이로 인해 성공적으로 재프로그래밍된 셀의 비율이 낮아질 수 있습니다.예를 들어, 1996년 돌리는 SCNT에 277개의 난자를 사용한 후 태어났고, SCNT는 29개의 생존 가능한 배아를 만들어 냈으며,[40] 그 효율은 0.3%에 불과했다.이 배아들 중 오직 세 개만이 태어날 때까지 살아남았고, 오직 한 개만이 [29]성년이 될 때까지 살아남았다.살아남은 자손인 밀리는 95번의 [40]번식을 시도했다.절차가 자동화되지 않았고 현미경으로 수동으로 수행해야 했기 때문에 SCNT는 매우 많은 자원을 소비했습니다.복제 자손의 사망률이 이처럼 높은 또 다른 이유는 태아가 다른 큰 자손보다 더 커서 출생 [40]직후에 사망하기 때문이다.분화된 체세포 핵을 재프로그래밍하고 난자를 활성화하는 데 관련된 생화학 또한 이해되지 않았다.또 다른 제한은 SCNT 동안 단세포 배아를 사용하려고 하는 것이다.단세포 복제배아만 사용하면 모룰라나 배반포를 만드는 과정에서 실패할 확률이 65%에 이른다.생화학은 또한 매우 정밀해야 한다. 왜냐하면 대부분의 말기 복제 태아 사망은 태반 [40]부족의 결과이기 때문이다.그러나 2014년까지 돼지 복제[41] 성공률이 7080%에 달했고 2016년에는 국내 업체인 수암바이오텍이 하루에 [42]500개의 복제 배아를 생산하고 있는 것으로 보고됐다.

SCNT에서는 자신의 미토콘드리아 DNA를 가진 미토콘드리아가 남아 있기 때문에 모든 기증 세포의 유전 정보가 전달되는 것은 아니다.결과적으로 생긴 잡종 세포는 원래 난자에 속했던 미토콘드리아 구조를 유지한다.그 결과 SCNT에서 태어난 돌리와 같은 클론은 핵 기증자의 완벽한 복제가 아니다.이 사실은 또한 이식 후 비자기 mtDNA에 대한 면역 반응이 있을 수 있기 때문에 치료를 위한 SCNT 유래 조직과 장기의 잠재적인 이점을 방해할 수 있다.

논란

상세 정보:줄기세포 논란
내부 세포 덩어리를 보여주는 인간 배반포(위 오른쪽)

핵이식 기술은 배아줄기세포와 같은 배아줄기세포의 필요성에 대해 논란이 되고 있는 다른 줄기세포의 사용과 관련된 것과 다른 일련의 윤리적 고려사항을 제시한다.이러한 다른 고려사항으로 인해 인간 배아줄기세포 연구에 반대하지 않는 일부 개인과 조직들이 SCNT [43][44][45]연구에 관심을 갖거나 반대하게 되었다.

한 가지 우려되는 점은 SCNT 기반의 인간 줄기세포 연구에서 배낭 생성이 인간의 생식 복제로 이어질 것이라는 점이다.두 과정 모두 동일한 첫 번째 단계를 사용한다. 대부분 SCNT를 통해 핵이식 배아의 생성이다.이러한 우려를 가지고 있는 사람들은 종종 인간 [46]재생산의 의도나 그 [43]금지를 위해 파생 제품의 착상을 배제하기 위해 SCNT의 강력한 규제를 옹호한다.

두 번째 중요한 관심사는 필요한 계란의 적절한 공급원이다.SCNT는 오직 여성에게서만 얻을 수 있는 인간의 난자를 필요로 한다.오늘날 이러한 난자의 가장 흔한 공급원은 체외수정을 하는 동안 생산되고 임상적 필요를 초과하는 난자들이다.이것은 최소한의 침습적 시술이지만, 난소 과자극 증후군과 같은 건강상의 위험을 수반합니다.

성공적인 줄기세포 치료를 위한 한 가지 비전은 환자 맞춤형 줄기세포주를 만드는 것이다.각각의 맞춤형 줄기세포주는 환자 자신의 DNA를 각각 가지고 있는 동일한 줄기세포의 집합으로 구성될 것이고, 따라서 줄기세포가 치료를 위해 이식되었을 때 거부반응을 줄이거나 없앨 것이다.예를 들어, 파킨슨병을 앓고 있는 남자를 치료하기 위해, SCNT에 의해 그의 세포 중 하나의 세포핵이 난자 기증자의 난자 세포에 이식되어 환자 자신의 세포와 거의 같은 독특한 계통의 줄기세포를 만들 것이다.예를 들어, 미토콘드리아 DNA는 난자 기증자의 DNA와 같을 것이다.그에 비해, 그의 세포는 그의 어머니의 미토콘드리아 DNA를 운반할 것이다.)

잠재적으로 수백만 명의 환자들이 줄기세포 치료의 혜택을 받을 수 있고, 각각의 환자들은 하나의 맞춤형 줄기세포주를 성공적으로 만들기 위해 많은 수의 기증된 난자를 필요로 할 것이다.이렇게 많은 기증 난자의 수는 현재 남아 있는 난자의 수를 초과할 것이며 보조 생식 기술을 통해 아이를 가지려는 부부들에게서 구할 수 있을 것이다.따라서, 건강한 젊은 여성들은 난자를 팔도록 유도해야 하며, 이는 의료업계가 구매하여 환자에게 판매할 수 있는 맞춤형 줄기세포주를 만드는 데 사용될 것이다.이 모든 알들이 어디서 왔는지 아직 불분명하다.

줄기세포 전문가들은 다수의 건강한 젊은 여성들을 다량의 호르몬으로 치료함으로써 알 수 없는 장기간의 공중 보건 효과 때문에 선진국에서 이처럼 많은 수의 인간 난자 기증이 일어날 가능성은 낮다고 생각한다.비록 그러한 치료법이 현재 수십 년 동안 행해지고 있지만, 장기적인 효과는 연구되지 않았거나 건강한 여성들에게 대규모로 사용하기에 안전하다고 선언되지 않았다.호르몬의 복용량이 훨씬 적은 장기 치료는 수십 년 후에 암 발병률을 증가시키는 것으로 알려져 있다.과배란을 유도하는 호르몬 치료법이 비슷한 효과를 낼 수 있을지는 알려지지 않았다.계란값 지불에 관한 윤리적인 질문도 있다.일반적으로, 신체 부위를 판매하는 것은 비윤리적인 것으로 여겨지며 대부분의 국가에서 금지되어 있다.인간의 난자는 한동안 이 규칙에서 주목할 만한 예외였다.

인간 난자 시장을 만드는 문제를 해결하기 위해, 일부 줄기세포 연구원들은 인공 난자를 만들 가능성을 조사하고 있다.만약 성공한다면, 맞춤형 줄기세포주를 만들기 위해 인간 난자를 기증할 필요가 없을 것이다.그러나, 이 기술은 아직 멀었을지도 모른다.

인간 SCNT에 관한 정책

인간 세포를 포함하는 SCNT는 1990년 [47][5]인간 수정 및 배아학법에 편입되어 현재 영국에서 연구 목적으로 합법적이다.SCNT를 수행하거나 시도하려면 인간 수정 및 배아 기관의 허가를 받아야 합니다.

미국에서는 연방법에 [48]의해 다루어지지 않았기 때문에 이 관행이 여전히 합법적이다.그러나 2002년 SCNT에 대한 미국 연방 자금의 모라토리엄은 연구 목적을 위한 자금 조달을 금지하고 있다.따라서 합법적이긴 하지만 SCNT는 연방정부에서 자금을 [49]지원할 수 없다.최근 미국 학자들은 SCNT의 산물이 인간 배아가 아닌 복제 배아이기 때문에 이러한 정책은 도덕적으로 잘못되었고 [50]수정되어야 한다고 주장했다.

2003년 유엔은 코스타리카가 제출한 안을 채택해 회원국들에게 "인간의 존엄성과 생명 [51]보호에 양립할 수 없는 한 모든 형태의 인간 복제를 금지하라"고 촉구했다.이 문구는 해석에 따라 SCNT를 포함할 수 있습니다.

생물·의학의 적용에 관한 인권·생물의학 이사회 협약과 인간의 권리와 존엄성을 보호하기 위한 협약의 추가 의정서는 인간 복제 금지에 관한 SCNT에 나타난다.안보리의 45개 회원국 중 이 협약은 31개국에 의해 서명되고 18개국에 의해 비준되었다.추가 의정서는 29개 회원국에 의해 서명되고 [52]14개 회원국에 의해 비준되었다.

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레퍼런스

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추가 정보

외부 링크