세포융합

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세포융합

[ cell fusion ]

세포융합은 한 개의 핵을 가진 단핵세포(unicellular cell)가 여러 개 모여 합포체(syncytium, 合胞體)의 다핵세포(multicellular cell)를 만드는 과정이다. 세포융합은 생장기간 전체에 결쳐 세포의 기능 유지에 필요하다. 세포융합은 동물의 형태형성(morphogenesis) 과정에서 근육과 뼈의 분화, 배발생(embryogenesis) 과정에서 배반포(blastocyst) 표면의 영양포(trophoblast) 세포 분화 과정에서 만들어진다. 식물의 합포체 예로는 유관세포(articulated laticifer), 수술의 융단조직(tapetum), 포도스테뭄과(Podostemaceae)의 주심 형질체(nucellar plasmodium) 등이 있다.

목차

  1. 1.역사
  2. 2.식물의 세포융합
    1. 2.1.병원균에 의한 세포융합
    2. 2.2.배젖(endosperm)의 다핵체
    3. 2.3.중복수정 과정의 세포융합
  3. 3.세포 융합기술
    1. 3.1.PEG를 이용한 세포융합
    2. 3.2.전기적 세포융합(electrical cell fusion)
  4. 4.참고문헌

역사

신경계의 Schwann 세포를 발견한 Theodor Schwann(1810~1882)은 1847년 세포가 합쳐지는 것을 관찰하였고,1) 이후 이를 근거로 세포융합 현상과 응용이 가능하게 되었다. 1969년대에 센다이 바이러스(Sendai virus)를 매개로 마우스의 세포를 이용한 세포융합이 가능해졌고, 1960년대 말에 Henry Harris과 Nils Ringertz에 의해 2개 이상의 핵을 가지는 이합체(heterokaryon)가 만들어졌다.2) 즉, 포유동물에서도 이종 유래 융합세포가 기능을 할 수 있음을 발표하였다.

식물의 세포융합

병원균에 의한 세포융합
  • 동물에서와 같이 식물에서도 다핵체(syncytia, coenocyte)는 자주 병원균의 침입에 의하여 만들어 진다. 토양선충(nematode)이 식물 뿌리세포에 침입할 때 만들어지는 다핵세포는 많이 보고된 예로, 어떻게 대핵세포가 형성되는가에 대한 연구는 농업적으로 매우 중요한 연구 주제이다.
배젖(endosperm)의 다핵체
  • 배젖은 양쪽 끝에 말단흡기(terminal haustria)로 알려진 주공(mycropyle)과 합점(chalaza)을 포함하며, 다핵체는 주공배젖(cicropylar endosperm) 흡기와 포자체의 태좌(placenta) 세포의 융합에 의해 만들어진다. 다핵체 형성은 1923년에 통발속의 식물(Utricularia macrorhiza)에서 보고되었다.3)
중복수정 과정의 세포융합
  • 꽃피는 식물에서 정세포(sperm cell), 알세포(egg cell), 중심세포(central cell)의 세포벽은 아주 얇아 세포융합이 일어나기 쉬운 구조이다. 수정과정에서 일어나는 세포융합은 애기장대에서 잘 관찰되었고,  정세포와 알세포의 융합에 의해서 배(embryo)를 형성하고, 또 다른 하나의 정세포와 중심세포의 융합에 의해서 배젖세포를 만든다. 중복수정이 일어난 후 조세포(synergid cell)은 배젖세포와 융합하고, 조세포의 핵이 분해되는 반면에 배젖세포는 다핵세포(syncytial cell)가 된다.

식물의 중복수정(double fertilization) 과정에서 일어나는 세포융합. (A) 정세포와 알세포의 세포융합, 정핵과 극핵의 핵융합, 조세포(synergid cell)과 배젖세포(endosperm cell) 간의 세포 및 핵 융합 과정. (B) 식물, 클라미도모나스(Chlamydomonas), 포유동물의 수정과정에서 일어나는 세포 융합. (C) 조세포와 배젖세포의 융합 과정에 조세포의 핵 붕괴와 배젖세포의 다핵화 과정. (출처: 한국식물학회)

세포 융합기술

세포를 인위적으로 융합시키기 위해서 polyethylene glycol(PEG) 또는 짧은 전기자극(electrical pulse)을 처리하는 방법(electrofusion)이 일반적으로 이용된다. 이외에도 동물세포의 융합은 센다이 바이러스를 이용하기도 한다. PEG나 전기적 자극을 주기 위하여 융합 모두 식물 세포벽이 제거된 원형질체(protoplast)를 이용한다.

PEG를 이용한 세포융합
  • 가장 간단한 방법이지만, 세포에 독성이 있을 수 있고 여러 개의 세포가 융합될 수 있는 등 단점도 있다. PEG와 Ca2+ 를 같이 처리하고 융합이 끝난 세포용액은 배지를 포함하는 완충액으로 세척하여 분열을 유도한다. 이 방법은 체세포 융합(somatic cell hybrid)에 자주 이용되며 동물세포에서는 핵전이(nuclear transfer)에 이용하는 빈도가 높다.
전기적 세포융합(electrical cell fusion)
  • 두개의 세포가 유전영동(dielectrophoresis)에 의해 세포막이 융합되는 현상을 이용한 방법으로 교류전류(alternating current)를 이용한다. 세포가 인접한 상태로 있을 때 펄스 전압이 가해지면 세포막이 융합하고 세포질이 섞이게 된다. 융합된 세포는 이합체(heterokaryon)를 형성하고 자연적으로 핵이 융합되어 염색체가 배가되지만 이합체가안되는 경우도 많다.

참고문헌

1. Schwann T (1847) Microscopical researches into the accordance in the structure and growth of animals and plants. The Sydenham Society, 268
2. Ogle BM, Platt JL (2004) The Biology of Cell Fusion: Cells of different types and from different species can fuse, potentially transferring disease, repairing tissues and taking part in development. American Scientist, 92: 420-427
3. Wylie R, Yocom AE (1923) The endosperm of Utricularia. U Iowa Stud Nat History, 10: 3-18