생화학분자생물학회

Modeling Human Development and Disease in Xenopus

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권태준 (울산과학기술원 생명과학부 생명공학과) 

  아프리카 발톱 개구리 Xenopus는 2012년 노벨 생의학상을 수상한 Sir John Gurdon 박사가 체세포 복제에 사용했던 모델 동물로, 반 세기 넘게 생화학, 세포 생물학 및 발생학 등의 분야에서 ‘기초’ 생물학 문제들을 풀어내는데 많은 중요한 공헌을 해 왔다. 가장 널리 사용되는 모델 동물인 쥐보다 훨씬 쉽게 수백 개의 배아를 얻어서 1주일 안에 대부분의 주요 발생 현상을 관찰할 수 있고, 비슷한 장점을 갖는 물고기보다 진화적으로 인간에 가까워서 최근 발전하고 있는 유전체 편집 및 분석 기술과 결합하게 될 경우 인간의 질병 및 치료와 직접적으로 연관된 ‘응용’ 생물학 분야에서도 큰 공헌을 할 것으로 예상된다. 여기서 소개하는 논문들이 수록된Developmental Biology저널의 특별호(2015년 12월 발간)에는 이 모델 동물을 이용하여 발생학 이외에도 암이나 염증 및 감염, 내분비 질환 등 새롭게 시도되고 있는 인간 질병 연구에 대한 최신 연구 결과와 리뷰가 수록되어 있다.​

  이 가운데 주목할만한 논문 하나는 Rockerfeller대학의 Brivanlou 교수팀에서 발표한 헌팅턴 유전자(HTT)에 대한 것이다 (그림 A). 이 유전자가 없으면 쥐가 정상적인 발생을 할 수 없다는 잘 알려지지 않은 점에 착안하여 발생 과정에서의 기능을 연구하였는데, 그 결과 HTT 유전자가 신경 발생뿐만 아니라 척추동물의 초기 발생에서 중요한 섬모 형성에도 중요한 기능을 하는 것을 밝혔다. 또한 유전자 주입이 쉬운 개구리 배아 모델의 장점을 활용하여 인간의 정상 HTT 및 헌팅턴병을 일으키는 변이 HTT(Poly-Q HTT)를 주입했을 때 모두 초기 발생의 문제가 해결되는 것을 보여 HTT 유전자의 기능이 인간과 개구리에 보존되어 있으며, 이 유전자가 발생 단계에서는 헌팅턴 질병과는 차이가 있는 새로운 기능을 수행할 가능성을 제시하였다.​

  또 다른 흥미로운 논문은 인간의 홍채결여증(Aniridia)을 연구한 University of Virginia의 Grainger 교수팀의 논문이다 (그림 B). 유전자 편집 기술 TALEN을 이용하여 개구리의 전사조절인자 pax6 유전자에 변이를 도입하였을 때, 이 유전자가 부분적으로 결여된 인간 환자에서 관찰되는 것과 유사한 형태의 홍채(Iris)발달 장애를 일으키는 것을 보여줌으로써, 개구리가 인간 질병을 연구하는데 좋은 모델이 될 수 있는 가능성을 보여주었다. 추가적으로 연구팀은 Pax6 유전자가 세포 증식에 중요한 Myc 유전자의 발현을 조절하며, 유전자변형 변이주의 경우 뇌 및 췌장 발달에도 영향을 주는 것을 확인하여 인간 질병에 관련된 유전자의 복합적인 형질을 종합적으로 연구할 수 있는 가능성을 제시하였다.

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논문출처 #1: Developmental Biology 408 (2015) 305–315

저자 #1: Tomomi Haremaki, Alessia Deglincerti, Ali H. Brivanlou

논문출처 #2: Developmental Biology 408 (2015) 328–344

저자 #2: Takuya Nakayama, Marilyn Fisher, Keisuke Nakajima, Akinleye O. Odeleye, Keith B. Zimmerman, Margaret B. Fish, Yoshio Yaoita, Jena L. Chojnowski, James D. Lauderdale, Peter A. Netland, Robert M. Grainger