세포 분화 · StemLab

세포의 분화

사람 몸에는 200가지가 넘는 세포가 있지만 모두 하나의 수정란에서 생겨납니다. 수정란은 분열하여 같은 세포를 많이 만들고, 그 자손 세포들은 모양, 구조, 기능에서 점차 안정된 차이가 생깁니다. 이 과정을 세포 분화라고 합니다. 분화로 세포가 특수화되어 여러 조직이 만들어집니다.

분화한 뒤에도 유전 물질은 바뀌지 않습니다. 바뀌는 것은 어떤 유전자가 ‘켜져’ 있는가입니다. 이것을 유전자의 선택적 발현이라고 합니다. 모든 세포에 필요한 유전자(ATP 합성 효소 유전자 같은 하우스키핑 유전자)는 어디서나 발현되고, 오브알부민, β-글로빈, 인슐린 같은 유전자는 특정한 세포에서만 발현됩니다.

먼저 수정란을 분열·분화시킨 다음, 오른쪽에서 탐침을 골라 세포의 DNA와 mRNA를 각각 검사해 보세요.

전사와 번역의 분자 수준 세부 내용은 GeneLab에서 볼 수 있습니다.

식물 세포의 전능성

이미 분화한 세포도 완전한 개체로 발생하거나 다른 여러 세포로 분화할 잠재력을 가지고 있습니다. 이것을 세포의 전능성이라고 합니다. 1958년 스튜어드는 당근 체관부의 세포로 완전한 새 식물체를 키워 냈습니다.

떼어낸 조직은 먼저 탈분화하여 원래의 특유한 구조와 기능을 잃고 느슨한 캘러스가 됩니다. 분화 배지로 옮기면 재분화하여 싹과 뿌리가 납니다. 무엇이 나는지는 옥신과 사이토키닌의 비율이 결정합니다. 비율이 높으면 뿌리가, 낮으면 싹이 잘 나고, 알맞으면 캘러스만 자랍니다.

완전한 시험관 묘목에는 뿌리와 싹이 모두 있어야 합니다. 모든 과정은 무균으로 해야 합니다. 소독하지 않으면 어떻게 되는지 해 보세요.

동물 세포핵의 전능성

고도로 분화한 동물 세포는 세포 전체의 전능성이 제한되지만, 세포핵은 여전히 전능성을 가집니다. 1996년 과학자들은 얼굴이 흰 암양의 유선 세포 핵을 얼굴이 검은 암양의 핵을 제거한 난모세포에 옮기고, 전기 자극으로 융합·활성화시켜 초기 배아로 키운 뒤 대리모 양에 이식했습니다. 그렇게 복제 양 돌리가 태어났습니다.

아래 버튼으로 한 단계씩 진행하거나 ‘자동 재생’을 누르세요. 오른쪽에서 핵, 난모세포, 대리모의 출처를 바꿔 새끼 양이 누구를 닮는지 보고, 핵을 제거하지 않으면 어떻게 되는지도 해 보세요.

줄기세포와 세포의 운명

동물과 사람 몸에는 분열하고 분화할 수 있는 세포가 조금 남아 있습니다. 이를 줄기세포라고 합니다. 배아 줄기세포는 성체의 거의 모든 종류의 세포로 분화할 수 있지만, 성체 줄기세포는 몇 가지 세포로만 분화합니다. 예를 들어 골수의 조혈 줄기세포는 적혈구, 백혈구, 혈소판을 만듭니다.

워딩턴은 분화를 비탈을 굴러 내려가는 공에 비유했습니다. 각 골짜기는 안정된 유전자 발현 상태이고, 내려갈수록 골짜기가 깊어지므로 분화한 세포는 보통 다른 세포로 바뀌지 않습니다. 2006년 야마나카 신야는 유전자 4개로 생쥐의 섬유아세포를 ‘비탈 꼭대기로 되돌려’ 유도 만능 줄기세포(iPS 세포)를 얻었습니다.

줄기세포를 놓아 어디로 가는지 보고, 적혈구 생성 인자를 넣거나 섬유아세포에 리프로그래밍 인자를 도입해 보세요.

형성 평가

네 가지 주제를 되돌아보고 아래 객관식 문제를 풀어 보자.