세포 혈통

세포 혈통은 수정 배아에서 나온 조직이나 장기의 발달 역사를 의미한다.^[1] 이는 세포분열과 시간이 경과함에 따라 세포분열과 재배치로 인한 유기체의 세포조상을 추적한 것에 근거한 것으로, 이는 원생세포에서 시작하여 더 이상 분열할 수 없는 성숙한 세포로 마무리된다.^[2]

이런 종류의 혈통은 세포(형광 분자나 다른 추적 가능한 표식기로)를 표시하고 세포 분열 후 그 자손의 자손에 따라 연구할 수 있다. 씨엘레건과 같은 어떤 유기체들은 미리 정해진 세포생식 패턴을 가지고 있고 성인 수컷은 항상 1031개의 세포로 구성될 것이다. 이는 씨엘레건의 세포분열이 유전적으로 결정되고 유전적으로 알려져 있기 때문이다.^[3][4] 이것은 세포 혈통과 세포의 운명이 높은 상관관계를 갖게 한다. 인간과 같은 다른 유기체들은 다양한 선과 체세포 수를 가지고 있다.

엘레건: 모델 유기체

세포 혈통의 첫 개척자 중 한 명으로서 1960년대에 시드니 브레너 박사는 처음으로 선충의 세포 분화와 승계를 관찰하기 시작했다. 브레너 박사는 이 생물의 투명한 몸, 빠른 재생성, 접근 용이성, 작은 크기 때문에 현미경으로 세포 혈통을 따라가기에 이상적이었습니다.

1976년까지 브레너 박사와 그의 동료인 존 설스턴 박사는 C. 엘레건의 발달 신경계에서 세포 혈통의 일부를 확인했다. 초기의 결과는 네마토드가 유텔릭(각 개인은 동일한 분화 경로를 경험하지만, 설스턴과 리차드 호비츠의 연구는 부화 후 생식에 필요한 여러 세포가 분화한다는 것을 보여주었다. 이 세포들은 근육과 뉴런뿐만 아니라 외음 세포도 포함한다. 이 연구는 또한 프로그램된 세포사멸 또는 세포사멸의 초기 관찰로 이어졌다.

씨엘레건의 세포 혈통의 다양한 부분을 지도화한 후에 브레너 박사와 그의 동료들은 세포 혈통의 완전하고 재현 가능한 최초의 운명 지도를 함께 만들 수 있었다. 그들은 후에 장기발달과 세포죽음의 유전적 규제에 관한 연구로 2002년 노벨상을 받았다.^[5] 그 씨레건들이 헤르마프로디테이기 때문에, 남성 장기와 여성 장기로 구성된다. 그들은 정자를 저장하고 스스로 수정을 할 수 있다. C.선충은 302개의 뉴런과 959개의 체세포를 포함하고 있으며, 1031년부터 72개가 세포사멸 프로그램인 세포사멸을 겪는다. 이는 세포 혈통을 연구하는 C.Elegana 모델 유기체를 만들고, 세포의 투명한 표현형 때문에 세포 분열을 관찰할 수 있게 한다.^[6]

세포 혈통의 역사

세포 라인에 대한 최초의 연구 중 하나는 거치와 작은 무척추동물의 갈라짐 패턴을 연구한 휘트먼에 의해 1870년대에 이루어졌다. 그는 네마토드 벌레와 아스키디안과 같은 몇몇 집단은 개인과 불변하는 세포 분열의 패턴을 형성한다는 것을 발견했다. 세포 혈통과 세포 운명 사이의 이 높은 상관관계는 분열된 세포 내의 분리 요인에 의해 결정된다고 생각되었다. 다른 유기체들은 세포 분열의 정형화된 패턴을 가지고 있었고 특정한 전구세포의 자손인 하위선을 생성했다. 이러한 더 많은 가변적인 세포 운명은 세포의 환경과의 상호작용에 기인한다고 생각된다. 더 정확하게 세포를 추적하는 새로운 돌파구로 인해, 이것은 생물학계에 도움을 주었다. 다양한 색상이 원래의 세포를 보여주는 데 사용되었고 쉽게 추적할 수 있기 때문이다. 이 색깔들은 형광색이고 그러한 세포들을 추적하기 위해 주사를 놓아 단백질에 표시된다.^[7]

운명의 매핑 기법

세포 혈통은 직접 관찰을 통해 또는 종단 분석을 통해 두 가지 방법으로 결정할 수 있다. 19세기 초에는 직접 관찰이 사용되었지만, 그것은 작은 투명 표본들만이 연구될 수 있기 때문에 매우 제한적이었다. 콘코칼로컬 현미경의 발명으로 이것은 더 큰 복잡한 유기체들이 연구될 수 있게 했다.^[8]

아마도 유전자 시대에 가장 인기 있는 세포 운명 매핑 방법은 Cre-Lox나 FLP-FRT 시스템에 의해 매개된 현장 고유의 재조합을 통한 것일 것이다. Cre-Lox나 FLP-FRT 재조합 시스템을 활용함으로써 리포터 유전자(보통 형광 단백질을 인코딩)가 활성화되어 관심 세포와 그 자손 세포에 영구적으로 라벨을 붙이게 되어 세포 혈통 추적이라는 이름이 붙는다.^[9] 이 시스템을 통해, 연구자들은 세포 내에서 하나의 재조합 사건이 관심 유전자를 조작하기 위해 설계되고 다른 재조합 사건은 리포터 유전자를 활성화하기 위해 설계되는 유전자 모델을 설계함으로써 세포 운명을 결정할 때 그들이 좋아하는 유전자의 기능을 조사할 수 있었다. 한 가지 사소한 문제는 두 재결합 사건이 동시에 발생하지 않을 수 있으므로 결과를 주의 깊게 해석할 필요가 있다는 점이다.^[10] 또한 일부 형광 리포터는 재결합 임계값이 너무 낮아서 유도하지 않을 때 원하지 않는 시간 지점에서 세포 모집단에 라벨을 붙일 수 있다.^[11]

보다 최근에는 세포가 자신의 게놈에 혈통 정보를 자율적으로 기록할 수 있는 새로운 유전자 시스템을 개발하기 위해 합성 생물학적 접근법과 CRISPR/Cas9 시스템을 사용하기 시작했다. 이 시스템들은 정의된 유전적 요소들의 조작된 표적 돌연변이에 기초한다.^[12][13] 각 세포 생성에서 새로운 무작위 유전체 변화를 생성함으로써 이러한 접근방식은 혈통 나무의 재구성을 촉진한다. 이러한 접근방식은 모델 유기체의 혈통 관계에 대한 보다 포괄적인 분석을 제공할 것을 약속한다. 이러한 접근방식에 의해 생성된 데이터셋에 대해서도 연산 트리 재구성^[14] 방법이 개발되고 있다.

초기 개발 비대칭

수정 후 인간의 경우, 지고테는 두 개의 세포로 나뉜다. 발달 후기뿐만 아니라 지고테 형성 직후에 발생하는 체성 돌연변이는 체내 세포 선형을 추적하는 마커로 사용될 수 있다.^[15] Zygote의 갈라진 부분에서부터 시작하여, 선은 혈액 세포에 뚜렷하게 기여하는 것으로 관찰되었다. 혈구의 90%가 처음 두 발광체 중 하나에서 유래된 것으로 밝혀졌다. 또한 정상적인 발육은 좌우 전두엽과 후두뇌피질 사이의 대칭적인 장기의 불균등한 특성을 초래할 수 있다. DNA 수리에 세포가 더 많은 시간을 할애하면 증식률을 낮출 수 있기 때문에 DNA 수리의 효율성은 혈통 불균형의 원인이 될 수 있다고 제안했다.^[15]

참조