불멸 DNA 가닥 가설

불멸의 DNA 가닥 가설은 성체 줄기세포가 ^[1]게놈의 돌연변이를 최소화하기 위한 메커니즘으로 1975년 존 케언스에 의해 제안되었다.이 가설은 무작위로 유사분열하는 동안 그들의 DNA를 분리하는 대신, 성체 줄기세포는 그들의 DNA를 비대칭적으로 분할하고, 각각의 분할에서 DNA 가닥의 독특한 템플릿 세트를 유지한다고 제안한다.동일한 템플릿 DNA 가닥 세트를 보유함으로써, 성체 줄기세포는 DNA 복제 오류에서 발생한 돌연변이를 곧 말단 분화(유분열 종식과 기능성 세포)되는 비줄기 세포 딸들에게 전달할 것이다.이러한 복제 오류를 전달하는 것은 성체 줄기세포가 암과 같은 심각한 유전적 장애를 초래할 수 있는 돌연변이의 축적 속도를 감소시킬 수 있게 할 것이다.

비록 이 메커니즘에 대한 증거가 존재하지만, 이것이 생체 내 성체 줄기세포에 작용하는 메커니즘인지 여부는 여전히 논란이 되고 있다.

방법들

불멸 DNA 가닥 분리를 검출하기 위해 라벨 고정 및 라벨 해제 펄스/추적 측정의 두 가지 주요 측정이 사용됩니다.

라벨 보존 분석에서 목표는 삼중수소 티미딘 또는 브로모데옥시우리딘(BrdU)과 같은 DNA 라벨로 '불멸' 또는 부모 DNA 가닥을 표시하는 것이다.이러한 유형의 DNA 라벨은 S 단계 동안 분열 세포의 새로 합성된 DNA에 통합될 것입니다.성체줄기세포가 아직 불멸의 DNA 가닥을 묘사하지 않은 조건에서 DNA 라벨의 펄스가 부여된다.이러한 조건들 동안, 성체 줄기세포는 대칭적으로 분열됩니다 (따라서 각각의 분열로 새로운 '불멸의' 가닥이 결정되고 적어도 하나의 줄기세포에서 불멸의 DNA 가닥은 DNA 라벨로 표시될 것입니다), 또는 성체 줄기세포는 아직 결정되지 않았습니다 (따라서 그들의 전구체가 대칭적으로 분열하고 있습니다), 그리고 종양.e 성체줄기세포로 분화하고 '유전자' 가닥을 선택하면 '유전자 가닥'이 이미 표시되어 있을 것이다.)실험적으로 성체줄기세포는 성장기 및 상처 치유 후 대칭분열을 겪고 있으며 신생아 단계에서 아직 결정되지 않았다.일단 불멸의 DNA 가닥에 라벨이 부착되고 성체 줄기세포가 비대칭 분열을 시작하거나 재개하면, DNA 라벨은 쫓겨난다.대칭분열(대부분의 유사분열세포)에서 DNA는 무작위로 분리되며 DNA 라벨은 5분열 후 검출 이하 수준으로 희석된다.하지만, 만약 세포가 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 사용하고 있다면, 라벨이 붙은 모든 DNA는 성체줄기세포와 계속해서 공동 분리될 것이고, 5개 이상의 분열 후에도 성체줄기세포 내에서 여전히 검출될 것이다.이러한 셀은 Label-Retaining Cell(LRC; 라벨 보유 셀)이라고 불리기도 합니다.

라벨 릴리스 분석에서 목표는 일반적으로 딸(비줄기) 세포에 전달되는 새로 합성된 DNA를 표시하는 것입니다.DNA 라벨의 펄스는 성체 줄기세포가 비대칭으로 분열하는 조건에서 부여된다.항상성 조건 하에서 성체 줄기세포는 조직 구획에서 동일한 수의 성체 줄기세포가 유지되도록 비대칭적으로 분열해야 한다.새로 복제된 모든 DNA에 라벨을 붙일 수 있을 정도로 오랫동안 맥박이 지속된 후, DNA 라벨은 쫓겨나고(각 DNA 복제는 이제 라벨이 없는 뉴클레오티드를 포함한다) 성체 줄기세포는 두 개의 세포 분열 후에 DNA 라벨의 손실을 위해 검사된다.만약 세포가 무작위 분리 메커니즘을 사용하고 있다면, 검출될 수 있는 충분한 DNA 라벨이 세포에 남아 있어야 한다.그러나 성체줄기세포가 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 사용한다면, 그들은 라벨이 없는 '불멸' DNA를 보유할 의무가 있으며, 새로 합성된 라벨이 붙은 DNA를 두 개의 분열을 통해 그들의 분화된 딸 세포에 방출할 것이다.

일부 과학자들은 먼저 ^[2][3]불멸의 가닥에 라벨을 붙이기 위해 하나의 DNA 라벨을 사용하고, 성체 줄기세포가 비대칭적으로 분열하기 시작할 수 있게 하고, 그리고 새롭게 합성된 DNA에 라벨을 붙이기 위해 다른 DNA 라벨을 사용함으로써 두 가지 접근법을 결합했다.따라서 성체줄기세포는 한 개의 DNA 라벨을 유지하고 다른 한 개의 DNA 라벨을 두 개의 분할 내에서 방출할 것이다.

증거

불멸의 DNA 가닥 가설에 대한 증거는 다양한 시스템에서 발견되었다.칼 라크 등의 초기 연구 중 하나는 식물 뿌리 ^[4]끝의 세포에서 DNA의 공동 분리를 보여주었다.삼중수소 티미딘으로 표시된 식물 뿌리 끝부분은 동일한 딸 세포로 라벨링된 DNA를 분리하는 경향이 있었다.라벨이 붙은 모든 DNA가 같은 딸로 분리되지는 않았지만 라벨이 적은 딸에게서 보이는 티미딘 라벨 DNA의 양은 자매-염색체 ^[4]교환에서 발생할 수 있는 양과 일치했다.Christopher Potten et al.에 의한 이후의 연구.(^[2]2002년) 삼중수소 티미딘에 대한 맥박/맥박 실험을 사용하여 신생아 생쥐의 소장암호에서 장기 라벨 제거 세포를 발견했다.이 연구원들은 신생아 쥐가 소장을 발달시키지 않았기 때문에 삼중수소 티미딘의 장기 혼입이 일어났으며, 생쥐의 탄생 직후 맥박하는 삼중수소 티미딘이 성체 줄기세포의 '불멸' DNA에 라벨을 붙일 수 있게 해 주었다고 가설을 세웠다.이러한 장기 세포는 BrdU의 ^[2]통합과 방출로 입증되었듯이 활발하게 순환하는 것으로 입증되었다.

이 세포들은 순환하고 있었지만 계속해서 그들의 DNA에 BrdU 라벨을 포함하고 있었기 때문에, 연구원들은 그들이 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 사용하여 그들의 DNA를 분리하는 것이 틀림없다고 판단했다.James Sherley 연구소의 Joshua Merok et al.은 비대칭 ^[5]분열을 제어하는 유도성 p53 유전자를 가진 포유동물 세포를 조작했다.이러한 세포에 대한 BrdU 펄스/추적 실험은 세포가 성체 줄기세포처럼 비대칭으로 분열하도록 유도되었을 때만 염색체가 랜덤하게 분리된다는 것을 입증했다.이러한 비대칭 분할 세포는 불멸의 가닥 메커니즘을 입증하고 조사하기 위한 시험관내 모델을 제공한다.

과학자들은 이 불멸의 DNA 가닥 메커니즘이 다른 종류의 성체 줄기세포에 생체 내에 존재한다는 것을 증명하기 위해 노력했다.1996년 닉 Zeps은 페이퍼가 데모를 벌이는 라벨 세포는 생쥐 유방 gland[6]에 대한 흥미와 2005년 길버트 스미스에 의해 확인되었다 또한 증거가 마우스의 하위 집합 상피 세포와 있는 방법을 불멸의 DNA가닥 mechani과 일관되게 DNA라벨을 DNA라벨 그대로 유지할 수 있유방을 발표했다 참석했다 고정을 발표했다.s얼마 지나지 않아, ^[3]Derek van der Kooy의 실험실의 과학자들은 쥐들이 BrdU를 보유하는 신경줄기세포를 가지고 있고 유사분열적으로 계속 ^[7]활동한다는 것을 보여주었다.DNA의 비대칭 분리는 배양 내 세포의 실시간 영상을 사용하여 나타났다.2006년 샤라김 타지마크쉬의 연구실 과학자들은 골격근 구획의 성체줄기세포로 추정되는 근육위성세포가 배양 시 BrdU 라벨이 붙은 DNA의 비대칭 분리를 보인다는 증거를 제시했다.그들은 또한 불멸의 DNA 가닥 메커니즘과 일치하는 BrdU 방출 동기가 어린 생쥐와 ^[8]동결에 의해 유도된 근육 재생을 가진 생쥐를 사용하여 생체 내에서 작동한다는 증거를 가지고 있었다.

그러나 불멸 가닥 가설을 뒷받침하는 이러한 실험은 결정적인 것은 아닙니다.라크 실험은 공동 분리를 입증했지만, 공동 분리는 삼중수소의 방사선의 인공물이었을 수 있다.포텐 박사는 순환하고 라벨을 유지하는 세포를 성체줄기세포로 식별했지만 이 세포들은 성체줄기세포로 식별하기 어렵다.공학적 세포는 염색체의 공동 분리를 위한 우아한 모델을 제공하지만, 이러한 세포에 대한 연구는 공학적 세포와 함께 체외에서 수행되었다.일부 특징은 체내에 존재하지 않거나 체외에 존재하지 않을 수 있다.2007년 5월 마이클 콘보이(Michael Conboy)^[9] 등은 비교적 짧은 기간 동안 엄청난 세포 분열이 일어나는 조직 재생 중 근육 줄기/위성 세포 모델을 사용하여 불멸 DNA 스트랜드 이론을 뒷받침하는 증거를 발견했다.템플릿과 새로 합성된 DNA 가닥에 라벨을 붙이기 위해 두 개의 BrdU 유사체를 사용하면서, 그들은 재생 근육의 분열 세포 중 절반 정도가 오래된 "불멸" DNA를 한 딸 세포에, 어린 DNA를 다른 딸 세포에 정렬하는 것을 보았다.줄기세포 가설에 따라, 분화되지 않은 딸은 전형적으로 나이 든 DNA로 염색체를 물려받았고, 분화되지 않은 딸은 어린 DNA를 물려받았다.

불멸 가닥 가설에 대한 실험 증거는 희박하다.한 연구에서 연구자들은 삼중수소 티미딘을 쥐 표피 기저세포를 ^[10]분할하는 데 통합했다.그들은 다양한 추적 기간 후에 삼중수소 티미딘의 방출을 따랐지만, 방출 패턴은 불멸 가닥 가설과 일치하지 않았다.그들은 라벨을 유지하는 세포를 발견했지만 추정 줄기세포 구획 안에 있지 않았다.추적 기간의 시간이 길어짐에 따라, 이러한 라벨 보유 세포는 추정 줄기세포 구획에서 더 멀리 위치하여 라벨 보유 세포가 이동했음을 시사했다.그러나 불멸의 가닥 가설에 대한 결정적인 증거를 찾는 것은 어려운 것으로 입증되었다.

추가 모델

케언스가 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 처음 제안한 후, 그 이론은 몇 가지 업데이트된 개선을 거쳤다.

2002년에, 그는 DNA를 분리하기 위해 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 사용하는 것 외에, 성체 줄기세포의 불멸의 DNA 가닥이 손상되었을 때, 그들은 보통 비줄기 ^[11]세포에서 사용되는 DNA 복구 메커니즘을 사용하는 대신에 죽는 것을 선택할 것이라고 제안했다.

Emmanuel David Tannenbaum과 James Sherley는 성인 줄기세포에서 ^[12]점 돌연변이의 복구가 어떻게 다를 수 있는지를 설명하는 정량적 모델을 개발했다.그들은 성체 줄기세포에서 무작위 분리 메커니즘보다는 DNA 분리를 위해 불멸의 DNA 가닥 메커니즘을 사용하는 것이 가장 효율적이라는 것을 발견했다.이 방법은 양쪽 DNA 가닥에서 DNA 돌연변이를 잘못 고정하고 돌연변이를 전파하는 것을 피하기 때문에 유익할 것이다.

메커니즘

개념의 완전한 증명은 일반적으로 효과를 중재할 수 있는 그럴듯한 메커니즘을 필요로 한다.논란의 여지가 있지만, 다이닌 ^[13]모터에 의해 제공될 수 있다는 제안이 있습니다.이 문서에는 조사 결과와 배경을 ^[14]요약한 코멘트가 첨부되어 있습니다.

그러나 이 연구는 2006년 ^[15]같은 저자의 논문에 대한 추가 논평으로 대표되는 것처럼 생물학자들이 그 비판자들 사이에서 매우 존경받고 있다.저자들은 그 ^[16]비판을 반박했다.

「 」를 참조해 주세요.

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