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마우스의 뇌(빨간색과 파란색)에는 이식된 신경 줄기 세포에서 발생한 인간 성상세포(녹색)가 있습니다. 크레딧: Liu et al./Cell(2023)
기술적인 "투르 드 포스"에서 연구자들은 개별 세포의 여러 특성을 분석하여 인간 두뇌의 중요한 구성 요소를 생성하는 특성을 정확히 찾아냈습니다.
3월 16일 Cell 1 에 발표된 이 분석은 단백질과 RNA 분석의 조합을 사용하여 개별 줄기 세포와 인간 뇌에서 분리된 가까운 친척을 힘들게 정제하고 분류합니다. 그런 다음 연구자들은 다양한 유형의 세포를 생쥐에 주입 하고 세포가 분열하고 자손이 뇌에서 특별한 역할을 하는 동안 세포를 모니터링했습니다.
희망은 이 연구와 이와 유사한 다른 연구들이 신경계 질환에서 그러한 발달 프로그램이 어떻게 잘못되고 새로운 치료법을 만드는 데 어떻게 활용될 수 있는지를 밝히는 것입니다. 연구에 참여하지 않은 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 발달 신경과학자인 아놀드 크리그스타인(Arnold Kriegstein)은 “발달 중인 인간 뇌의 줄기세포와 전구세포 조사는 이제 막 시작됐다”고 말했다. "이 작업은 그 복잡성 중 일부에 대한 좋은 창을 제공합니다."
셀룰러 앙상블
뇌는 서로 다른 세포들의 복잡한 교향곡이며, 각 세포는 필수적인 기능을 수행합니다. 예를 들어 성상 세포로 알려진 별 모양의 세포는 뉴런의 신진 대사를 지원하는 데 중요하며 성상 세포 기능의 상실은 알츠하이머 병과 같은 신경 퇴행성 상태와 관련이 있습니다 . Oligodendrocytes는 뉴런 사이의 연결 주위에 보호 절연 덮개를 만드는 세포입니다. 다발성 경화증과 같은 질병에서와 같이 뉴런이 손상되면 뉴런 간의 통신이 느려지거나 완전히 중단됩니다.
뇌의 수호자: 특별한 면역 체계가 회백질을 보호하는 방법
그러한 세포가 어떻게 발생하는지 이해하기 위해 줄기 세포 생물학자인 Irving Weissman과 Daniel Liu와 캘리포니아 스탠포드 대학의 동료들은 인간 뇌에서 추출한 개별 세포의 발달 운명을 연구할 수 있는 새로운 기술을 활용했습니다.
연구팀은 생후 17-19주 된 인간 태아의 뇌 세포를 분리하고 신경 세포 발달과 관련된 6개 단백질을 포함하여 세포 표면에 있는 11개 단백질 배터리에 대해 세포를 테스트했습니다. 그들은 또한 유전자 활동의 척도로서 RNA 수준을 분석하고 이 정보를 성상세포, 희소돌기아교세포 및 뉴런을 생성할 가능성이 있는 10가지 종류의 세포를 정제하는 데 사용했습니다.
그런 다음 연구원들은 정제된 세포를 쥐의 뇌에 주입했습니다. 6개월 후, 그들은 세포와 그 후손이 어디로 이동했는지, 어떤 세포 정체성을 취했는지 알아보기 위해 그 쥐를 분석했습니다.
이 접근 방식을 통해 연구팀은 성상세포와 희소돌기아교세포를 포함하는 그룹인 신경아교세포를 발생시키는 새로운 종류의 전구 세포를 정의할 수 있었습니다('뇌를 만드는 방법' 참조). 이 선조 세포는 인간의 뇌보다 생쥐의 뇌에서 더 희박한 세포에서 유래한다고 Liu는 말합니다. "우리는 이 세포 유형이 영장류의 뇌가 만든 특정 적응에 중요할 수 있다고 생각합니다."라고 그는 말합니다.
출처: 참조 1.
팀은 또한 Thy1이라는 높은 수준의 단백질이 희소돌기아교세포 계통의 세포와 관련되어 있음을 발견했습니다. 이는 Thy1이 희소돌기아교세포가 아닌 뉴런의 표지자라는 이전 연구 결과와 상반된다고 뉴욕 로체스터 대학 의료 센터의 신경학자이자 매사추세츠 주 케임브리지의 사나 바이오테크놀로지(Sana Biotechnology)의 중추 신경계 치료 책임자인 스티븐 골드만(Steven Goldman)은 말합니다. .
이러한 차이는 또한 새로운 접근 방식이 서로 다른 세포 유형에 대한 향상된 분해능의 결과일 수 있다고 Goldman은 말하면서 이 작업이 "기술적인 역작"이라고 덧붙였습니다. … 현장의 수준을 높였습니다.” Weissman은 이 기술이 다른 종류의 줄기 세포 연구에도 유용할 수 있다고 말합니다.
두뇌를 위한 복합 맥주
이 연구는 인간의 뇌를 발생시키는 세포 계통에 대한 지식이 증가하는 데 중요한 기여를 했다고 Kriegstein은 동의합니다. 그러나 그는 생쥐에서 인간 줄기 세포의 발달이 인간의 뇌에서 어떻게 세포가 발달하는지 완전히 반영하지 않을 수 있다고 지적합니다.
Goldman은 분석에 의해 파생된 계통이 신경 세포 발달의 가소성을 반영하지 않는다고 우려합니다. 다른 연구에서는 뇌의 일부 세포가 한 계통으로 시작하여 경로를 변경하고 관련 없는 신경 세포로 나타날 수 있음을 발견했다고 그는 말합니다. Liu와 Weissman은 그러한 명백한 가소성 중 일부는 대신 세포 혼합물을 연구한 인공물이며 그들이 개발한 세포 정제를 위한 엄격한 선택 기준을 사용할 때 뚜렷하지 않을 수 있다고 생각합니다.
그러나 Goldman은 헌신적인 신경 세포가 자신의 혈통에 남아있는 방식에 영향을 미치는 다른 요인이 있다고 의심합니다. "신경계는 다양화 측면에서 더 복잡합니다."라고 Goldman은 말합니다. "아직 배울 것이 많습니다."
도이: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00762-2
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