수컷 생쥐의 세포로 만든 난자 : 수컷끼리 새끼를 가질 수 있게 되다

2023년 3월, 일본 오사카 대학교의 하야시 가쓰히코 교수 연구팀이 수컷 생쥐의 iPS 세포로부터 난자를 만들어 7마리의 새끼를 탄생시키는 데 성공했다고 학술지 <Nature≫에 발표했다. 수컷의 세포만으로 새끼가 탄생한 것은 포유류에서는 세계 최초의 사례이다. 앞으로 연 구가 진행되면 사람의 불임 치료나 멸종 위기종 보존 등에 응용할 수도 있다.

 

 

일본 오사카 대학교 대학원 의학계연구과의 하야시 가쓰히코 교수 연구팀은 생쥐를 사용해 수컷의 세포만으로 난자를 만드는 데 성공했다고 발표했다. 연구팀은 이어 그 난자를 인공 수정시키고 대리모 생쥐에게 이식해 7마리의 새끼를 탄생시키는 데도 성공했다. 포유류의 수컷 세포로부터 난자를 만들어 새끼를 탄생시킨 것은 세계 최초이다.

 

 

iPS 세포나 ES 세포를 이용해 생식 세포를 만든다.

연구팀은 수컷 생쥐의 꼬리 세포로부터 iPS 세포(유도만능줄기세포)를 만들고, 그것을 바탕으로 해서 암컷의 세포인 난자를 만들었다. 포유류의 유전적 성별을 결정하는 것은 세포의 핵에 있는 '성염색체'이다. 성염색체 가운데 수컷의 세포는 X염색체 1개와 Y염색체 1개를 가지고(XY), 암컷의 세포는 X염색체 2개를 가진다(XX). 성 염색체의 조합이 다르기 때문에 수컷 세포로부터 난자를 만들기는 매우 어렵다.

 

연구팀은 약 10년 전부터 iPS 세포나 ES 세포(배아 줄기세포)처럼 모든 세포로 분화할 수 있는 '만능 세포'를 사용해 생쥐의 생식 세포를 만드는 연구를 해왔다.

 

처음에는 터너 증후군 등의 질병을 연구했다. 병에 대한 치료법을 찾고 있었던 것이다. 터너 증후군이란 여성이 가진 X염색체 2개 가운데 1개 전체 또는 일부에, 태어나면서 결함이 있어 생기는 병이다. 연구팀은 성염색체의 조합이 XX 이외인 세포에서 난자를 만들 수 없는지 연구를 거듭했다. 그 연구가 이번 성과로 이어졌다고 한다.

 

연구팀은 수컷의 세포로 난자를 만드는 데 두 가지 현상을 이용했다. 하나는 수컷에서 보이는, 나이듦에 따라 Y염색체가 사라지는 현상이다. Y염색체는 X염색체보다 짧아 세포 분열을 되풀이하면 자연스럽게 소멸하는 경우가 있다.

 

그래서 수컷 꼬리의 세포로 만든 iPS 세포를 거듭 배양했다. 그리고 배양한 세포 중에서 Y염색체가 없어져 X염색체만 1개 남은 세포를 골라냈다. 이어서 이용한 또 하나의 현상은 X염색체가 1개인 세포에서 일어나는 현상이다.

 

일반적으로 세포가 분열할 때 1개의 X염색체에서는 2개의 X염색체가 복제된다. 그리고 X염색체는 분열한 2개의 세포에 각각 1 개씩 건네진다. 그러나 분열 과정에서 X염색체가 한쪽 세포에만 들어가 X염색체를 2 개갖는 세포가 생기는 일이 있다. 이 현상을 이용해 수컷의 세포로부터 X염색체를 2 개갖는 세포만 찾아 골라냈다. 이런 과정을 통해 수컷 세포로부터 X염색체를 2개 갖는 세포를 만들어 낼 수 있었던 것이다.

 

만들어낸 세포를 미래에 난소가 될 세포(암컷 생식소 체세포)와 함께 배양함으로써 난자로 키울 수 있었다.

 

 

630개의 수정란에서 7마리가 탄생

이 방법으로 만든 난자를 다른 수컷의 정자와 체외 수정시켰다. 630개의 수정란을 준비해 그것을 10마리가 넘는 암컷 생쥐(대리모 생쥐)의 자궁에 이식했다. 그 결과 유전적으로는 부모 모두 수컷인 생쥐가 7 마리 탄생했다. 세계 최초로 수컷 부모로부터 태어난 생쥐이다. 

 

7마리는 모두 순조롭게 성장했다. 건강 상태도 문제가 없는 것처럼 보였고, 탄생한 7마리 가운데 6마리가 수컷이었다. 7마리 가운데 2마리는 다른 생쥐와 교배해 새끼도 낳을 수 있었다. 즉 생식 능력에도 문제가 없음을 확인되었다.

 

 

멸종 위기종 보존등 후속 연구에 대한 기대

이 연구는 여러 가지 가능성을 지니고 있다. 가장 관심이 쏠리는 것은 사람에 응용하는 일일 것이다. 불임으로 괴로워하는 환자의 치료에 도움이 될 뿐만 아니라 남성끼리의 동성 커플이 자식을 갖는 일도 이론적으로는 가능해진다.

 

연구팀은 현재 비단마모셋(Callithrix jacchus)이라는 소형 원숭이를 사용해 사람에 응용하는 연구를 진행하고 있다. 하야시 교수는 "이번 연구 결과를 최종적으로는 사람의 병을 치료하는 것과 연결시키고 싶다"고 이야기한다. 불임 치료뿐만 아니라 터너 증후군을 비롯한 염색체 이상으로 인한 병의 새로운 치료 방법의 개발로도 이어질 것이다.

 

사람에 응용하는 일에 대해 하야시 교수는 "사람의 난자 구조는 생쥐에 비해 복잡하지만, 아주 비슷한 세포의 재현은 앞으로 10년 정도 안에 할 수 있을 것으로 생각한다"고 말한다.

 

단 만들어진 난자로부터 자식을 낳는 데는 장애가 많다. iPS 세포를 사용한 사람 생명의 탄생은 현재 윤리상의 문제로 금지되어 있다. 또 남성끼리 자식을 낳을 수 있게 되면, 더 많은 사회적인 논의가 필요할 것으로 보인다.

 

이번 연구는 그 밖에도 멸종 위기종 동물의 보존이나 가축 번식 증대 등으로의 응용도 기대되고 있다.

 

 

출처: 뉴턴 2023-08