동식물 비대칭 구조 공통요인 발견
선천성 결함 진단, 예방에 새 단서
광범위한 동물과 식물에서 나타나는 비대칭 구조를 결정하는 단백질이 발견됐다고 사이언스 데일리가 최근 보도했다.
선충에서 개구리, 사람에 이르기까지 동물들은 심장과 위는 왼 쪽에, 간과 맹장은 오른쪽에 자리잡는 등 장기의 비대칭 구조를 갖고 있다.
이런 비대칭 구조는 이전까지 배아 발달의 나중 단계에서 세포 바깥의 섬모에 의해 결정되는 것으로 알려져 왔으나 ,미국 터프츠 대학 연구진은 세포 분열의 첫 단계에서 세포골격을 만드는 '튜뷸린 단백질'이 이런 일을 한다는 사실을 발견했다고 미 국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.
연구진은 "이런 메커니즘을 이해하면 장차 장기의 비정상적 배치에 따른 선천적 결함을 진단, 예방하고 더 나아가 치료하는 중요한 단서를 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.
이들은 또 "이 연구는 신체 대칭의 기원이 매우 오래 전, 식물과 동물이 각각 다세포 유기체가 되기 전으로 거슬러 올라감을 시사하는 것"이라고 밝혔다.
지금까지 과학자들은 세포 외부에 방사형으로 돋아있는 섬모가 장기의 위치를 결정하는 역할을 한다고 생각해 왔다. 학자들은 섬모가 배아 발달기 후기에 신체의 좌우를 구별하게 만드는 양수 흐름의 방향을 지시한다고 추측해 왔다.
그러나 섬모가 없는 많은 종들도 한결같이 좌우 비대칭 구조를 갖고 있다는 사실은 비대칭 체제를 만드는 다른 방법도 있음을 시사하고 있다.
연구진은 세포골격을 만드는데 결정적인 역할을 하는 튜뷸린 단백질에 주목했다.
이 단백질의 돌연변이는 애기장대(십자화과 식물)의 비대칭에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 연구진의 이전 연구에서는 세포골격의 일부 요소에 의해 편측성(偏側性: 좌우비대칭)이 일어날 가능성이 제기됐었다.
연구진은 이 돌연변이 튜뷸린 단백질을 개구리의 초기 배아에 주입하는 실험을 했다. 그 결과 태어난 올챙이는 정상이었지만 장기의 위치는 좌우가 일정하지 않은 것으로 나타났다.
한편 이 연구에 협력자로 참여한 일리노이 주립대와 신시내티 어린이병원 연구재단 과학자들은 선충에 똑같은 돌연변이 단백질을 주입하는 실험 결과 선충의 신경계의 좌우 비대칭과 배양중인 인간 세포의 기능에도 똑같은 영향을 미친다는 사실을 발견했다.
연구진은 이 모든 실험 결과를 종합해 튜뷸린 단백질이 광범위한 동식물 종의 신체 좌우 비대칭구조를 결정하는 독특한 역할을 한다는 결론을 내렸다.
중요한 사실은 돌연변이 튜뷸린 단백질이 비대칭을 깨뜨리는 시기는 오직 수정 직후일 뿐 세포가 1차나 2차 분열을 일으킨 뒤에는 작용하지 않는다는 것이다.
이는 섬모가 나타나기 몇 시간 전, 즉 배아발생의 극히 초기 단계에서 정상적인 세포골격이 비대칭을 일으킨다는 사실을 시사하는 것이다.
연구진은 더 나아가 튜뷸린 단백질이 배아 초기 단계에 다른 분자들의 좌우 이동에도 결정적인 역할을 한다는 사실을 발견했다.
선충에서 개구리, 사람에 이르기까지 동물들은 심장과 위는 왼 쪽에, 간과 맹장은 오른쪽에 자리잡는 등 장기의 비대칭 구조를 갖고 있다.
이런 비대칭 구조는 이전까지 배아 발달의 나중 단계에서 세포 바깥의 섬모에 의해 결정되는 것으로 알려져 왔으나 ,미국 터프츠 대학 연구진은 세포 분열의 첫 단계에서 세포골격을 만드는 '튜뷸린 단백질'이 이런 일을 한다는 사실을 발견했다고 미 국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.
연구진은 "이런 메커니즘을 이해하면 장차 장기의 비정상적 배치에 따른 선천적 결함을 진단, 예방하고 더 나아가 치료하는 중요한 단서를 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.
이들은 또 "이 연구는 신체 대칭의 기원이 매우 오래 전, 식물과 동물이 각각 다세포 유기체가 되기 전으로 거슬러 올라감을 시사하는 것"이라고 밝혔다.
지금까지 과학자들은 세포 외부에 방사형으로 돋아있는 섬모가 장기의 위치를 결정하는 역할을 한다고 생각해 왔다. 학자들은 섬모가 배아 발달기 후기에 신체의 좌우를 구별하게 만드는 양수 흐름의 방향을 지시한다고 추측해 왔다.
그러나 섬모가 없는 많은 종들도 한결같이 좌우 비대칭 구조를 갖고 있다는 사실은 비대칭 체제를 만드는 다른 방법도 있음을 시사하고 있다.
연구진은 세포골격을 만드는데 결정적인 역할을 하는 튜뷸린 단백질에 주목했다.
이 단백질의 돌연변이는 애기장대(십자화과 식물)의 비대칭에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 연구진의 이전 연구에서는 세포골격의 일부 요소에 의해 편측성(偏側性: 좌우비대칭)이 일어날 가능성이 제기됐었다.
연구진은 이 돌연변이 튜뷸린 단백질을 개구리의 초기 배아에 주입하는 실험을 했다. 그 결과 태어난 올챙이는 정상이었지만 장기의 위치는 좌우가 일정하지 않은 것으로 나타났다.
한편 이 연구에 협력자로 참여한 일리노이 주립대와 신시내티 어린이병원 연구재단 과학자들은 선충에 똑같은 돌연변이 단백질을 주입하는 실험 결과 선충의 신경계의 좌우 비대칭과 배양중인 인간 세포의 기능에도 똑같은 영향을 미친다는 사실을 발견했다.
연구진은 이 모든 실험 결과를 종합해 튜뷸린 단백질이 광범위한 동식물 종의 신체 좌우 비대칭구조를 결정하는 독특한 역할을 한다는 결론을 내렸다.
중요한 사실은 돌연변이 튜뷸린 단백질이 비대칭을 깨뜨리는 시기는 오직 수정 직후일 뿐 세포가 1차나 2차 분열을 일으킨 뒤에는 작용하지 않는다는 것이다.
이는 섬모가 나타나기 몇 시간 전, 즉 배아발생의 극히 초기 단계에서 정상적인 세포골격이 비대칭을 일으킨다는 사실을 시사하는 것이다.
연구진은 더 나아가 튜뷸린 단백질이 배아 초기 단계에 다른 분자들의 좌우 이동에도 결정적인 역할을 한다는 사실을 발견했다.
 저작권자 2012.07.18 ⓒ ScienceTimes |
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