학문
기억상실은공식인가
줄기세포는 왜 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 갖나요?
줄기세포가 근육세포, 신경세포 등 여러 세포로 분화할 수 있다고 배우는데, 일반 세포와 다르게 이런 만능성을 갖게 되는 이유가 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이동진 수의사입니다.
일반 세포: 특정 기능에 맞게 유전자 발현이 고정되고, 다른 가능성은 후성유전학적으로 억제됨.
줄기세포: Oct4–Sox2–Nanog 같은 핵심 네트워크가 미분화 상태를 유지하고, 크로마틴이 열려 있으며 bivalent 상태로 여러 분화 경로를 ‘대기’시킴.
이 차이가 바로 줄기세포가 근육세포, 신경세포 등 다양한 세포로 분화할 수 있는 ‘만능성/다능성’의 분자적 기반입니다. 성체줄기세포는 배아줄기세포보다 더 제한된 범위의 다능성을 가지지만, 기본 원리는 비슷합니다(해당 조직에 맞는 전사인자와 후성유전 상태).
채택된 답변줄기세포의 만능성은 유전자 수가 많아서가 아니라, 유전자 스위치가 모두 열려 있기 때문입니다.
사실 줄기세포와 일반세포는 완전히 동일한 유전정보를 가지고 있습니다.
하지만, 일반 세포는 특정 역할 외 필요 없는 유전자 스위치를 화학적으로 잠궈둡니다. 반면 줄기세포는 스위치가 잠기지 않아 전체 DNA 정보에 자유롭게 접근할 수 있습니다.
Oct4나 Sox2, Nanog 같은 핵심 인자들이 만능 상태를 계속 유지하도록 제어하는 것입니다. 또한 DNA가 느슨하게 풀려 있어 외부 신호가 오면 어느 유전자든 즉시 읽어낼 수 있습니다.
결국 분화란 새로운 유전자를 만드는 게 아니라, 필요 없는 유전자 스위치를 하나씩 잠그는 과정인 것입니다.
줄기세포는 분화에 필요한 모든 유전자가 닫히지 않고 열려 있는 디엔에이 구조를 유지하며 특정 전사인자들이 활성화되어 있기 때문입니다. 일반 세포는 발달 과정에서 유전체에 후성유전학적 변화가 일어나 특정 유전자만 작동하도록 고정되지만 줄기세포는 유전자 접근성이 전면 개방된 상태를 지속합니다. 이 상태에서 외부 환경의 신호 자극에 따라 특정 유전자군이 선택적으로 켜지면서 근육이나 신경 등 원하는 목적의 세포로 분화하게 됩니다.
안녕하세요. 줄기세포가 근육세포, 신경세포, 혈액세포 등 다양한 세포로 분화할 수 있는 핵심 이유는 DNA 자체가 특별해서라기보다, 어떤 유전자를 켜고 끌 수 있는 상태가 특정 세포의 운명으로 고정되지 않았기 때문입니다.
우리 몸의 대부분의 세포는 기본적으로 거의 동일한 DNA를 가지고 있는데요, 근육세포와 신경세포의 모양과 기능이 완전히 다른 것은 사용하는 유전자가 다르기 때문입니다. 예를 들어 근육세포에서는 근육 단백질을 만드는 유전자들이 활발하게 발현되고, 신경세포에서는 신경전달물질이나 축삭 형성에 필요한 유전자들이 발현됩니다. 즉, 세포의 정체성은 DNA의 종류보다 어떤 유전자 프로그램을 실행하느냐에 의해 결정됩니다. 줄기세포는 이러한 유전자 프로그램이 아직 완전히 결정되지 않은 상태이기 때문에, 주변에서 받는 신호에 따라 특정 유전자들이 활성화되면서 세포의 운명이 결정됩니다. 예를 들어 특정 성장인자나 신호물질이 줄기세포에 작용하면 근육 분화에 필요한 전사인자들이 활성화되고, 그 결과 근육 관련 유전자들이 차례로 발현되면서 근육세포로 변화합니다. 반대로 신경계와 관련된 신호가 주어지면 신경세포 형성에 필요한 유전자들이 활성화되어 신경세포로 분화할 수 있습니다. 이때 전사인자와 후성유전학적 조절도 매우 중요한데요, 전사인자는 특정 DNA 서열에 결합하여 여러 유전자의 발현을 동시에 조절하는 단백질입니다. 예를 들어 근육 분화에서는 MYOD 같은 전사인자가 중요한 역할을 하며, 신경세포 분화에서는 신경세포 운명을 결정하는 여러 전사인자가 작용합니다. 또한 DNA 메틸화나 히스톤 변형과 같은 후성유전학적 변화가 특정 유전자를 쉽게 켜거나 끌 수 있도록 염색질의 상태를 변화시킵니다. 다만 모든 줄기세포가 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 것은 아닙니다. 수정 직후의 배아 단계에서 나타나는 전능성은 배아와 배외 조직까지 형성할 수 있지만, 배아줄기세포는 일반적으로 거의 모든 체세포로 분화할 수 있는 다능성을 가지며, 성체줄기세포는 보통 이보다 분화 범위가 좁아 특정 조직의 여러 세포로 분화하는 다분화능을 갖습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
줄기세포는 아직 특정 세포의 기능으로 완전히 분화하지 않아 여러 유전자 프로그램 선택할 수 있는 상태이기 때문입니다. 특히 배아줄기세포는 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력이 크며, 주변에서 전달되는 신호와 성장인자에 따라 어떤 유전자가 커지고 꺼질지가 결정됩니다 .즉 모든세포로 바뀔 수 있는 빈 세포라기보다 다양한 분화가능성을 유지한 세포라고 이해하시면 쉽습니다.