"정자와 계란이 모여 인간을 만들 때보 다 더 매혹적인 것을 알고 있습니까?" 줄기 세포 생물 학자 인 Renee Reijo Pera는 7 월에 발달 생물학 협회의 연례 회의에서 수백 명의 과학자들에게 기조 연설을 전달하면서 진정한 놀라움을 요구했습니다. 수십 년 동안 피험자 (생식 세포의 출현을 담당하는 유전자 및 기타 정보)를 연구 한 후, 배아의 건강을 예측하는 신중하게 조정 된 분자 균형 균형 행위 인 그녀의 경외심은 성장했습니다. 그녀는 나중에“빅뱅을 생각 나게한다.”그녀는 나중에 설명했다.
그녀는“놀랍습니다. "우리는 정말 많이 모른다."
더 큰 그림을 밝히려는 그녀의 노력에서, 일반적인 주제가 나타났습니다. 발달의 초기 단계에서 타이밍처럼 기만적으로 단순한 것은 출생 후 수십 년 후에도 건강과 질병에 막대한 영향을 줄 수 있습니다. 더 최근에, 그녀는 그 통찰력을 사용하여 자신의 작품의 범위를 확장했습니다. 예를 들어 배아의 세포 운명 결정이 파킨슨 병과 같은 신경계 질환의 원인에 어떻게 기여할 수 있는지 조사합니다.
.그러나 오늘날 Pera는 실험실 밖에서 그녀의 시간을 더 많이 보내며 매우 다른 도전에 전념합니다. "우리는 과학을 대중에게 가져올 수 있습니까?" 그녀는 연단에서 회의 청중에게 물었다. 그렇게하기 위해, 그녀는“우리는 이야기를 들려 줄 필요가 있습니다” - 과학자들에게 자신의 작품으로 스스로를 얽는 이야기, 취약하고 식별하기 쉽게하는 이야기.
.그녀는 과학으로가는 길은 결코 예측하지 못했던 것이라고 말했다. 그녀는 작은 위스콘신 마을에서 가난하게 자랐으며, 6 명의 자녀 중 막내, 가족 중 첫 번째는 4 년 학위를 마쳤습니다. 그녀의 어머니는 그녀와 그녀의 형제 자매들을 독창적으로 지원하기 위해 몇 가지 일을했으며, 그녀의 거의 현재 아버지는 어린 시절 전반에 걸쳐 알코올 중독과 노숙자와 경쟁 한 전직 의료진이었습니다. 페라가 여전히 20 대에있는 동안 둘 다 죽었다. 그녀는 거의 우연히 과학 분야에서 경력을 쌓았지만 배아 줄기 세포와 다산 전문가가되었으며 스탠포드 대학의 인간 배아 줄기 세포 연구 및 교육 센터의 전문가가되었습니다.
.그러나 2013 년에 그녀는 몬태나 주립 대학교 (Montana State University)의 연구 및 경제 개발 부사장이되기 위해 모든 것을 떠나기로 결정했습니다.
Quanta Magazine 최근 Pera와 함께 타이밍, 세포 운명 및 건강 사이의 연관성에 대한 탐구에 대해 이야기했습니다. 놀라운 역할 레트로 바이러스 DNA는 초기 발달에서 재생됩니다. 과학 교육의 미래에 대한 그녀의 희망. 인터뷰는 명확성을 위해 압축되고 편집되었습니다.
당신은 위스콘신 주 Iron River의 작은 마을에서 자랐습니다. 그게 어땠으며 궁극적으로 과학 경력을 쌓아 주었던 것은 무엇입니까?
아이언 리버 (Iron River)는 슈페리어 호수의 사우스 쇼어에서 약 20 마일 떨어진 약 1,000 명 (내가 어렸을 때 더 적은 1,000 명)의 도시입니다. 그리고 미국의 많은 작은 마을에서와 마찬가지로 아이들은 초등학교와 고등학교에 다니지 만 대학이나 직업에 관해서는 큰 열망이 없습니다. 나는 내가 대학에 갈 줄은 몰랐다. 어머니는 위대한 사람이었다 - 그녀는 정말로 내 형제 자매와 내가 행복하기를 원했지만 6 명의 아이들이 있었고 아버지는 주변에 없었기 때문에 끔찍하게 바빴다. 아무도 나에게 대학에 대해 이야기하지 않았습니다.
고등학교를 일찍 졸업 한 후, 나는 몇 달 동안 일한 포드 자동차 대리점에서 부기직을 맡았습니다. 그러나 나는 그 날의 하루 종일 그 일이 길다는 것을 깨달았습니다. 처음으로, 나는 내가하고 싶은 일에 대해 생각하기 시작했고, 위스콘신 대학교에서 비즈니스 전공으로 등록하기 위해 재정 지원을 받았습니다. 신입생과 2 학년 동안 내가 그만 두었던 시간이있었습니다. 그러나 나는 항상 같은 학기로 돌아갔다.
그런 다음 나는 비가 비자를 위해 인간 유전학이라는 수업을 들었고 그냥 사랑에 빠졌습니다. 나는 그 후 정말로 뒤틀린다.
배아 발달과 생식력에 당신의 작업을 집중하게하는 동기가있는 이유는 무엇입니까?
언니와 둘 다 난소 암에 일찍 있었기 때문에 개인 수준에서 그 질문에 관심이있었습니다. 그래서 나는 아이가 없었습니다. 그러나 나는 또한 그것의 기적적인 본질에 끌렸다. 나는 다음과 같은 질문에 대답하기 위해 세포 운명 결정을 이해하고 싶습니다. 계란과 정자에 대한 정보는 한 세대에서 다음 세대로 정보를 전달할 수있게 해줍니다. 수정 후 다음 세포 분열까지 항상 11 시간이 걸리도록 패턴이 어떻게 설정됩니까? 계란과 정자가 실제로 무엇인지에 대해 이해하는 것은 얼마나 놀라운 일입니다.
나는 여전히 정자와 계란이 모여 인간을 얻는 것에 놀랐습니다. 미쳤어?
우리는 그것에 대해 얼마나 잘 알고 있습니까?
우리는 여전히 설명 단계에 있습니다. 수정과 배아 발달의 비디오 이미지를 얻는 것도 최근의 역사입니다. 분자 사건도 마찬가지이지만 상속 된 후성 유전 적 마커에 대한 연구와 같이 설명 범주를 추가했습니다. 이제 단일 셀 분석을 통해 이러한 범주를 실제로 조사 할 수 있습니다. 우리는 방금 유전자 프로그램이 켜져 있고 해당 프로그램이 무엇을하고 있는지 이해하기 시작했습니다. 예를 들어, 인간 및 생쥐 배아에서 기본적인 후성 유전 학적 프로그램 (히스톤 변형 및 전사 활성화와 같은 기본 후성 유전 학적 프로그램 중 일부는 놀랍게도 서로 다르기 때문에 후성 유전 학적 요인이 종 별 과정을 결정하고 있다고 생각합니다.
당신의 작품이 인간 생식의 독창성에 대해 무엇을 말 했습니까?
타이밍이 독특하다는 것. 우리의 연구에 따르면 배아 발달의 타이밍은 매우 정확하고 인간 특정이며 자궁 발달의 타이밍과 일치해야하므로 완벽하게 의미가 있습니다. 우리는 첫 번째 세포 분열, 두 번째, 세 번째… 그리고 그것이 배아의 건강에 의미하는 바에 대해 얼마나 많은 시간이 지날 수 있는지에 대한 측면에서 그것을 깨뜨 렸습니다. 나타나는 결과 중 하나는 이러한 타이밍 매개 변수와 염색체 수 사이의 관계입니다. 너무 빠르거나 너무 느리게 염색체 수가 잘못된 배아와 상관 관계가 있습니다.
.이 타이밍 매개 변수는 무엇이며 정확히 왜 중요한가?
우리는 이미징 및 유전자 발현 측정을 결합하여 배아 시계가 어떻게 진드하는지 살펴 봅니다. 계란과 정자 퓨즈 직후에 전사가 거의 없습니다. 그런 다음 셋째 날, 배아 게놈이 켜지고이 시점에서 전사의 주요 물결이 있습니다. 우리는 처음 3 일간의 개발을 주도하는 프로그램을 알고 싶습니다. 우리의 작업에 따르면, 그것은 후성 유전 학적 요인과 조정 된 정확하게 시간이 지남에 따라 모체에서 배아 유전자 발현으로 전환됩니다.
타이밍 파라미터는 배아 유전자가 발현되기 전에 배아의 생존에 중요한 첫 번째 3 개의 세포 분열과 관련이 있습니다.
.먼저, 배아의 첫 번째 세포가 허리 또는 절단 고랑을 형성하기 위해 약 30 분, 플러스 또는 마이너스 10이 소요됩니다. 우리는 이것이 어느 정도 염색체 수의 좋은 지표 일 수 있음을 발견했습니다. 타이밍이 꺼지면 배아에 2 세트 대신 3 세트의 염색체가있을 가능성이 더 큽니다. 그것은 조각으로 시작하여 다른 염색체 주위에 분열 고랑을 형성하거나 전혀 분열하지 못할 수 있습니다.
2 개의 세포에서 3 개의 세포까지의 다음 세포 분열은 11 시간, 그리고 마이너스 4를 가져야한다. 두 번째 분열의 타이밍은 실제로 계란이 얼마나 성숙한지를 반영합니다.
마지막으로, 네 번째 셀은 세 번째 직후에 나타납니다. 그것은 처음 두 세포의 영양소가 얼마나 균등하게 나뉘 었는지를 반영합니다. 그들 중 하나가 모든 영양소를 얻는다면, 다른 하나는 더 빨리 나뉘어지고 다른 하나는 뒤쳐집니다.
.그러나 발달 타이밍은 배아의 즉각적인 생존뿐만 아니라 건강과 질병에 더욱 줄을서는 경우가 중요합니다.
그렇습니다. 그것은 세포의 운명을 결정하는 데 타이밍 역할을하기 때문에 우리의 큰 가설 중 하나입니다. 아이디어는 개발이 특정 타임 라인으로 시작한다는 것입니다. 세포가 제 시간에 특정 단계로 만들지 않으면 세포 운명이 변할 수 있으며 일반적으로 조직에서 벗어납니다. 추방되고 죽습니다.
자연 유전학의 논문에서 예를 들어, 2016 년에 우리는 거의 150 개의 새로운 유전자를 확인했으며, 그 중 다수는 레트로 바이러스였으며 인간 줄기 세포에서 매우 일찍 발현되었습니다. 그런 다음, 우리가 레트로 바이러스 유전자 중 일부를 끄었을 때, 우리는 그것이 세포의 운명이 바뀌는 것을 발견했습니다. 결국 태아를 일으키는 배아 줄기 세포가되는 대신 세포는 영양소 층에만 기여할 수 있으며, 이는 배아를 자궁에 부착하는 조직을 야기 할 수 있습니다. 영양소는 태아의 일부로 만들지 않는 "나쁜"세포의 일부로 구성되어 있습니다.
이는 타이밍에 대한 퍼즐의 일부와 어떤 세포가 배아의 일부가되고, 엑스트라 비유 조직의 일부가되는 것은 우리가 레트로 바이러스 통합에서 물려받은 인간 특이 적 서열에 의존한다는 것을 의미한다.
.놀랍게 보입니다. 바이러스 성 DNA가 개발 초기에 그렇게 중요한 역할을 할 것입니다.
진화 과정에서 바이러스는 우리와 우리에게 있었고 지속적으로 우리를 변화 시켰습니다. 우리는 자연 에 또 다른 논문을 썼습니다 Stanford의 Joanna Wysocka와 함께, 이러한 바이러스 서열은 또 다른 두 번째 효과를 가지고 있음을 시사합니다. 세포 운명에 기여할뿐만 아니라 배아가 바이러스 감염을 제거하는 데 도움이됩니다.
두 경우 모두 바이러스 기반의 개발 초기에 정리 시스템이있는 것 같습니다.
또한 세포가 생식 세포가 될지 여부를 결정하는 요인을 연구합니다. 거기에서 무엇을하고 있습니까?
Nature Cell Biology 에 출판 된 논문에서 4 월에, 우리는 원시 생식 세포를 형성하고 원시 생식 세포 운명을 유지하는 데 도움이되는 상호 작용하는 단백질 트라이어드를 확인했다.
.우리는 단백질 OCT4가 배아 발달 및 세포 운명의 마스터 조절제 중 하나라는 것을 알고있었습니다. 그러나 배아 세포가 모두 OCT4를 발현한다는 점을 감안할 때 배아 세포가 원시 생식 세포를 형성 할 것인지 어떻게 알 수 있습니까? 우리는 OCT4가 생식선의 탄생을 가능하게하기 위해 특정한 방식으로 다른 파트너와 함께 행동 할 수 있다고 생각했습니다.
그것이 세포에서 결정이 어떻게 보이는지입니다. 당신은 그것을 풀 크럼으로 생각할 수 있습니다 :줄기 세포는 중간에 앉아 있고, Oct4와 다른 단백질이 콘서트에서 작용한다면, 그 fulcrum은 생식선을 향해 기울어 질 것입니다. 단백질 중 하나가 올바른 양으로 존재하지 않으면 세포가 대신 뉴런을 일으키는 배아 조직이되는 것을 발견했습니다. 섬세한 균형입니다. 우리는 이제 배아 및 생식 세포 발달에서 각 단백질의 실제 기능을 풀기 시작했으며 다른 전사 인자가 어떻게 관여하는지 연구하고 있습니다.
.따라서 발달과 질병이 어떻게 관련되어 있는지에 대한 질문으로 되돌아 가기 :이러한 세포 운명 결정에는 오류율이 있어야합니다.이 축이 태아 생활의 10 주차에 따라 원시 생식 세포 또는 더 많은 뉴런을 얻을 수 있습니다. 그러나 우리는 그 오류율이 무엇인지 또는 그 결과가 무엇인지 실제로 알지 못합니다.
.예를 들어 줄 수 있습니까?
일반적으로, 세포 유형 B가 세포 유형 B가 할 수 있기 전에 형성되어야하지만 너무 적은 A가 만들어 졌다면, 이는 뉴런이 발달하기 전에 기저 세포 시트가 존재해야한다. 파킨슨 병과 같은 장애에서, 환자는 약 75,000 명의 도파민 생성 뉴런이 적습니다. 이 손실이 두 가지 이유 중 하나로 발생하는 것을 상상할 수 있습니다. 그들은 뉴런이 적을수록 (아마도 50,000 명에 불과) 또는 특정 클래스의 뉴런을 더 큰 속도로 잃게됩니다.
.우리는 일부 살충제와 화학 물질에 노출되면 후자를 유발할 수 있지만 파킨슨의 도파민 분비 뉴런이 적은 자연 상속과 관련이 있는지는 여전히 알 수 없습니다. 이것은 제가 한동안 노력해 온 가설입니다. 우리의 유전자 구성은 환경 신호를 통해서뿐만 아니라 우리가 출생시 특정 세포 수를 부여하고 초기 발달이 수년 후에 발생하는 일에 영향을 줄 수 있기 때문에 질병과 관련이 있다는 가설입니다.
.예를 들어 폐경기에서 비슷한 것이 나타났습니다. 일부 조건에서 여성은 난 모세포가 적고 조기 난소 실패를 경험합니다. 신경학, 특히 생쥐에는 다른 예가 있습니다. 그러나 인간 질병에서 연주하는 부분은 실제로 많이 탐구되지 않았기 때문에 우리는 이것이 파킨슨의 상황에서 일어나고 있는지 여부를 찾고있는 이유입니다.
당신은 2013 년 몬태나 주에서 일하기 위해 스탠포드 대학교에서 이사직을 포기했으며, 과학 교육에 더 많은 영향을 미치기를 원했습니다. 왜?
저는 대부분의 미국인이 과학이나 과학 연구에 관심이있는 것은 아니라고 생각합니다. 예를 들어, 우리 가족은 과학 배경이 많지 않습니다. 그러나 스탠포드의 학생들 중에는 실제로 그렇지 않았습니다. 우리 과학자로서 미국에서 우리가 가지고있는 문제는 과학이 중요하다고 학생들에게 설득하는 것이 아닙니다. 과학의 중요성에 반드시 노출되지 않은 몬태나 주와 같은 대규모 공립 대학에서 설득력있는 학생들과 학생들의 부모에 관한 것입니다.
우리는 훨씬 더 일반적이었던 일종의 메시지를 놓치고 있습니다.
나는 어린 소녀로서, 초등학교의 요리사였던 어머니와 함께 앉아 사람들이 달에 착륙하는 것을 기다리고 있습니다. 우리는 일주일 내내 음식을 만들고 앉아서 착륙을 볼 준비를했습니다. 이것은 큰 문제였습니다.
과학 실험실에서 매일 매일 큰 일이 일어나고 아무도 신경 쓰지 않습니다. 어쩌면 사회로서 우리는 과학에 마취 될 수 있습니다. 실제로는 흥미로울 때. 과학과 지식과 이해에 투자한다면 우리는 국가로서 많은 것을 얻을 수 있습니다. 나는 이해하지 못한 것에 대해 대중이나 투자하고 싶지 않은 입법자들에게 대중을 비난하지 않습니다. 그들은 모두 내 가족처럼 보입니다.
과학 교육에서 누락 된 점과 우리는이를 어떻게 해결합니까?
나는 과학자들 자신이 이야기의 중요한 부분이라고 생각하며, 그들이 누구인지 흥미 진진한 방식으로 과학을 묘사하는 데 도움이 될 수 있다고 생각합니다. 대중이 내가 공부하는 규제 네트워크를 나처럼 흥미 진진한 것으로 판단 할 것인가? 아마도 그것을 이해하기에 적합한 배경을 가지고있을 것입니다. 그러나 나는 그 지식이없는 사람에게 흥미 진진한 점은 내 이야기가 내 작품과 어떻게 연결되는지라고 생각합니다. 저는 6 명의 아이들 중 막내를 자랐고, 어머니는 고등학교를 졸업하지 않았으며, 스탠포드의 기부금 의자에 들어서서 탐험으로 가득 찬 위대한 삶이라고 생각하는 것을 이끌었습니다. 나는 특별하지 않았고, 나는 단지 생계를 유지하려고 노력했지만 여전히 과학을 받고 있습니다.
우리는 과학이 아무리 근본적이든, 당신, 가족, 나, 우리의 여행에 관한 이야기를 보여주지 않았습니다. 나는 당신이 앉아서 겨울 내내 이야기를 들려주는 곳에서 자랐고 여름에 분산 시켰습니다. 다음 겨울에 돌아와서 같은 이야기를 다시 말하고 몇 가지 더 추가 할 수도 있습니다. 우리는이 [과학] 이야기를 반복해서 말하지 않습니다. 우리는 달에 착륙하는 것처럼 우리는 그들을 자랑스럽게 생각합니다. 우리는 그 이야기에 대해 다시 만들어야합니다.
