암세포의 배양, 레트로바이러스와 발암유전자

암세포의 배양

 

정상세포와 암세포는 둘다 배양이 가능하다. 그러나 이들은 매우 다른 양상을 보이는데, 정상세포는 일반적으로 50회 정도의 세포분열을 거치면 활력이 떨어져 죽어버린다. 반면 암세포는 죽지 않는 경우가 많다―즉 암세포는 배양액내에서 무한히 증식될 수가 있는 것이다.

 

예를 들어 “HeLa" 세포는 전세계적으로 실험실에서 연구에 사용되고 있는데, 이는 오래전에 인간의 암조직에서 분리된 것이다. 정상세포를 배양접시에 놓아두면, 이들은 계속 증식하여 세포들끼리 서로 맞닿아 형성된 하나의 단일층으로 접시의 표면을 덮는다. 그 시점에서 세포분열이 멈춘다. 이 현상을 접촉저해(contact inhibition)라 한다. 암세포에서는 이런 접촉저해현상을 볼 수 없다. 접시의 표면이 한번 덮히더라도 암세포는 분열을 계속하여 여러 층으로 쌓아 올려진다. 암세포는 정상세포에 비해 영양분의 공급상태에 대해 별로 영향을 받지 않는다.

정상세포는 특정한 약제 처리를 통하여 배양시에 암세포의 성질을 갖도록(접촉저해성질을 잃어 죽지 않게 되도록)할 수 있다. 이러한 세포를 형질전환된 세포라고 한다. 세포에 DNA를 처리함으로써 이룬 변화에 대해서도 동일한 용어를 사용했었다. 동물에서 암을 유발시키는 것으로 밝혀진 많은 약제는 배양세포를 형질전환시킬 수 있다. 방사선이나 특정 화학약품, 그리고 특정 바이러스 모두가 세포를 형질전환시킬 수 있다. 왜 형질전환에 대하여 연구하는가? 형질전환된 세포의 성질은 암세포의 성질과 유사하다. 실례로, 형질전환된 세포는 적절한 숙주동물에 주사하였을 때 종종 암을 유발시킨다. 그러나 형질전환된 세포를 배양하면 살아 있는 동물을 실험에 사용할 때보다 암의 성질을 연구하는데 훨씬 더 간편하고 쉬운 방법을 제공받을 수 있다. 이 장에서는 배양액 중에서 세포를 형질전환시키는 방법을 이용함으로써 가능해진 몇 가지 중요한 발견들을 검토해 보고자 한다.

 

 

 

레트로바이러스와 발암유전자

 

Rous sarcoma virus (RSV) retrovirus(family)의 일원이다(AIDS를 유발하는 바이러스인 HIV도 이 족에 속한다). 레트로바이러스의 유전자는 DNA가 아닌 RNA에 코드화되어 있다. 각각의 바이러스 입자는 숙주세포에서 유래된 지질막과 바이러스 유전자에 의해 만들어진 외피단백질로 둘러싸여 있다. 그 아래 층에는 (1) 2개의 RNA 분자와 (2) 역전사효소(reverse transcriptase)를 둘러싸고 있는 단백질 껍질인 캡시드(capsid)가 있다. 역전사효소는 RNA를 그의 주형으로 사용하는 DNA 중합효소이다. 따라서 이 효소는 유전정보를 정상적 방향(DNA에서 RNA)에서 반대 방향(RNA에서 DNA)으로 흐르게 한다. 세포가 RSV에 감염되면 그 즉시 역전사효소가 RNA 게놈으로부터 DNA를 합성한다. 이 DNA는 세포핵으로 들어가 숙주염색체의 DNA 속 여기저기에 아무렇게나 삽입된다. 핵내부에서 유전자 전사가 정상적으로 이루어지면 세포질로 다시 이동하게 되는 RSV mRNA가 합성된다. 이어서, 이 mRNA 중 일부는 숙주세포의 정상적인 도구(예를 들면 리보솜)에 의해 단백질을 만들게 된다. 이때 다른 mRNA들은 새로운 바이러스 입자 속에 섞이게 된다. Rous sarcoma 바이러스의 게놈인 RNA 분자 속에는 단 4개의 유전자가 들어 있다.

 

(1) 캡시드단백질을 만드는 gag, (2) 역전사 효소를 만드는 pol, (3) 지질층에 박혀있는 외피단백질을 만드는 env, 그리고 (4) 인산염 그룹을 각종 숙주세포 단백질에 부착시키는 효소를 만드는 src 등이 그것이다. 또한 RNA 분자의 각 말단에는 적어도 두 가지 이상의 중요한 기능을 수행하는 핵산의 반복염기서열이 한 세트씩 있다. (1)레트로바이러스와 발암유전자 Rous sarcoma virus (RSV) retrovirus(family)의 일원이다(AIDS를 유발하는 바이러스인 HIV도 이 족에 속한다). 레트로바이러스의 유전자는 DNA가 아닌 RNA에 코드화되어 있다. 각각의 바이러스 입자는 숙주세포에서 유래된 지질막과 바이러스 유전자에 의해 만들어진 외피단백질로 둘러싸여 있다. 그 아래 층에는 (1) 2개의 RNA 분자와 (2) 역전사효소(reverse transcriptase)를 둘러싸고 있는 단백질 껍질인 캡시드(capsid)가 있다. 역전사효소는 RNA를 그의 주형으로 사용하는 DNA 중합효소이다. 따라서 이 효소는 유전정보를 정상적 방향(DNA에서 RNA)에서 반대 방향(RNA에서 DNA)으로 흐르게 한다. 세포가 RSV에 감염되면 그 즉시 역전사효소가 RNA 게놈으로부터 DNA를 합성한다. 이 DNA는 세포핵으로 들어가 숙주염색체의 DNA 속 여기저기에 아무렇게나 삽입된다. 핵내부에서 유전자 전사가 정상적으로 이루어지면 세포질로 다시 이동하게 되는 RSV mRNA가 합성된다. 이어서, 이 mRNA 중 일부는 숙주세포의 정상적인 도구(예를 들면 리보솜)에 의해 단백질을 만들게 된다. 이때 다른 mRNA들은 새로운 바이러스 입자 속에 섞이게 된다. Rous sarcoma 바이러스의 게놈인 RNA 분자 속에는 단 4개의 유전자가 들어 있다.

(1) 캡시드단백질을 만드는 gag, (2) 역전사 효소를 만드는 pol, (3) 지질층에 박혀있는 외피단백질을 만드는 env, 그리고 (4) 인산염 그룹을 각종 숙주세포 단백질에 부착시키는 효소를 만드는 src 등이 그것이다. 또한 RNA 분자의 각 말단에는 적어도 두 가지 이상의 중요한 기능을 수행하는 핵산의 반복염기서열이 한 세트씩 있다. (1)이들은 RSV 의 DNA 복사본이 숙주세포의 DNA 속으로 끼어 들어갈 수 있게 하고, (2)숙주의 세포핵에서 RSV 유전자가 빠른 속도로 전사되도록 하는 엔핸서로 작용한다.

 

그러면 무엇이 Rous sarcoma 바이러스로 하여금 암을 유발하도록 하는가? 그 답은 src 이다. 이 유전자가 어떠한 방법으로 아직도 별로 알려진 바가 없으나ㅡ발현되면 배양중의 세포가 형질전환될 수 있다. 여기서 STC 유전자가 바이러스로 하여금 온도에 민감하도록 만드는 돌연변이를 갖는 것 외에는 모든 면에서 정상인 Rous sarcoma 바이러스로 세포를 감염시켰다. 실제로 온도에 민감한 것은 유전자가 아니고 그의 단백질 산물이다. 35 C에서 단백질은 정상적으로 반응하고 감염된 세포는 형질전환된다. 그러나 41℃에서는 단백질이 활성을 잃고 감염된 세포는 “정상”으로 다시 바뀌는데, 즉 접촉저해현상을 다시 한번 보여준다. 여기서 두 가지 단계는 모두 가역적으로 일어난다. 단순히 온도를 변화시킴으로써 세포를 한 상태에서 다른 상태로 신속하고도 반복적으로 전환시킬 수 있는 것이다. 단일 유전자인 STC의 올바른 발현은 단지 형질전환되지 않은 세포를 형질전환된 세포로 바꾸는 데에 필요한 것이다.