수정란

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1. 개요
2. 역사
3. 다세포 생물에서의 수정란
4. 단세포 생물에서의 수정란
5. 생명 윤리
참조

1. 개요

수정란은 난자와 정자의 결합으로 형성되는, 새로운 유기체를 형성할 수 있는 초기 세포이다. 다세포 생물에서 수정란은 난자와 정자의 핵 융합을 통해 발생하며, 유전 정보를 담고 있는 DNA 조합을 갖는다. 수정란은 세포 분열을 거쳐 배아로 발달하며, 사람의 경우 수정 후 착상 전 단계를 거쳐 자궁에 착상한다. 균류, 식물, 단세포 생물에서도 수정란이 형성되며, 생명 윤리적인 측면에서 수정란의 취급은 중요한 논쟁의 대상이 된다.

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수정란
기본 정보
수정란 형성: 난세포가 정자와 수정된 후. 수컷과 암컷의 전핵이 수렴하고 있지만 유전 물질은 아직 결합되지 않았음.
전구체	배우자
발생기 구조	할구
발생
카네기 단계	0
날짜	0
기타 정보
영어 명칭	zygote
어원	그리스어 ζυγωτός (zygōtós, joined, yoked)
어원 설명	ζυγοῦν (zygoun, to join, to yoke)
해부학 용어	TE E2.0.1.2.0.0.9

2. 역사

19세기 후반, 독일의 동물학자 오스카 헤르트비히와 리하르트 헤르트비히는 동물의 수정란 형성에 대한 최초의 발견을 했다.^[12] 1820년에는 크리스찬 고트프리트 에렌베르크에 의해 곰팡이 안에서 접합체의 형성이 처음으로 관찰되었다.^[11]

3. 다세포 생물에서의 수정란

이형배우자생식 유기체에서 수정란은 난자와 정자가 결합하여 새로운 고유한 유기체를 만들 때 형성된다.^[2]

전체 유기체를 생성할 수 있는 잠재력을 가진 전능성 수정란의 형성은 후성유전학적 재프로그래밍에 달려있다. 수정란에서 아버지 유전체의 DNA 탈메틸화는 후성유전학적 재프로그래밍의 중요한 부분인 것으로 보인다.^[2] 마우스의 아버지 유전체에서 DNA의 탈메틸화, 특히 메틸화된 시토신 부위에서 탈메틸화는 전능성을 확립하는 핵심 과정일 가능성이 높다. 탈메틸화는 염기 절제 복구 과정과, 아마도 다른 DNA 복구 기반 메커니즘을 포함한다.^[2]

진핵생물의 배우자가 결합하여 두 개의 세포 핵이 융합(핵합체/Karyogamy^영어)하는 것을 수정이라고 한다. 수정란의 게놈은 각 배우자가 가진 DNA의 조합이며, 새로운 개개의 생물을 형성하는 데 필요한 모든 유전 정보를 포함하고 있다. 대부분의 생물에서는 수정란이 여러 차례의 세포 분열을 거쳐, 2배체의 생물을 만들어낸다. 더 나아가 분열이 진행되면, 늦든 빠르든 일부 세포에서 감수 분열에 의한 2배체에서 1배체로의 이행이 일어나고, 최종적으로 다시 배우자가 형성된다. 다세포 생물에서 수정란은 가장 초기 발생 단계이다.

사람의 수정란 (모식도): 투명대에 의해, 그 이상의 정자의 침입을 막고 있다.

사람의 수정란 (실사): 웅성 전핵과 자성 전핵은 서로를 향해 이동하고 있지만, 유전 물질은 아직 융합하지 않았다.

3. 1. 인간

사람의 수정 과정에서, 배출된 난자(복제된 염색체 사본을 가진 반수체 2차 난모세포)와 반수체 정자(남성 배우자)가 결합하여 접합자라고 하는 단일 이배체 세포를 형성한다.^[3] 단일 정자가 난자와 융합되면, 난자는 두 번째 감수 분열의 분열을 완료하여 23개의 염색체, 거의 모든 세포질, 그리고 남성 전핵을 가진 반수체 딸세포를 형성한다. 수정된 딸세포에서, DNA는 정자와 난자에서 유래된 두 개의 별도 전핵에서 복제되어 접합자의 염색체 수를 일시적으로 4n 이배체로 만든다. 수정 후 약 30시간이 지나면, 전핵의 융합과 즉각적인 유사 분열로 2n 이배체 딸세포인 분할구 2개가 생성된다.^[3]

수정과 착상 사이의 단계에서, 발달 중인 배아는 때때로 ''착상 전 개념적 산물''이라고 불린다.^[4] 수정 후, 개념적 산물은 나팔관을 따라 자궁으로 이동하며 크기가 실제로 증가하지 않으면서 유사 분열을 계속한다.^[6] 이 과정은 난할이라고 한다.^[7] 네 번의 분열 후, 개념적 산물은 16개의 분할구로 구성되며, 상실배라고 알려져 있다.^[8] 압축, 세포 분열, 그리고 배반포 형성 과정을 통해, 개념적 산물은 발달 5일째에 배반포의 형태를 취하며 착상 부위에 접근한다.^[9] 배반포가 투명대에서 부화하면, 자궁의 자궁내막에 착상하여 장 형성 단계의 배아 발달을 시작할 수 있다.

사람의 접합자는 유전 질환을 치료하기 위해 설계된 실험에서 유전자 편집이 이루어졌다.^[10]

포유류에서는 난관 내에서 수정란이 형성된다. 수정에 의해 난자와 정자의 세포핵이 일체가 되어, 양친의 핵 DNA (핵 내 DNA)가 계승된다. 일반적으로 정자의 중앙 부분은 세포를 통과하지 않으므로, 그 안의 아버지의 미토콘드리아 DNA (mtDNA)는 자손에게 계승되지 않지만, 난자 안의 어머니의 mtDNA는 계승된다. 최초의 배아기는 수정란에서 시작되어 (즉, 2세포기 및 4세포기), 그 후에는 상실배와 포배 순으로 발생이 진행되며 (포배 형성), 이 발생 과정에서 난관을 통과하여 자궁으로 이동한다. 그 후, 배반포는 자궁 안에 착상한다.

3. 2. 균류

균류의 이 세포는 종의 생활사에 따라 감수 분열 또는 유사 분열을 거칠 수 있다. 균류는 다종다양한 상태를 보이며, 때로는 다른 생물과 상당히 차이를 보인다. 예를 들어 식용 버섯의 대부분이 속하는 담자균류는 성(性) 생식기나 배우자를 형성하지 않는다. 사상균의 단상 균사체의 보통 세포는 융합하여 세포핵이 먼저 융합되지 않고 이핵 딸세포를 형성한다. 그 후의 이핵 (이핵성) 단계는 수년 동안 계속될 수 있으며, 그동안 균사체는 최종적으로 자실체 (버섯)가 형성될 때까지 성장을 계속한다. 이러한 경우에만 핵분열이 일어난다. 그 후, 감수 분열을 거쳐 단상 포자가 형성된다.

자실체를 형성하지 않고, 다수의 핵을 가지지만 세포벽이 분리되지 않은 다핵 균사체로만 존재하는 접합균류에서는 다핵의 생장체가 융합하여, 마찬가지로 다핵의 군생 접합자가 2개 1조로 핵 형성하여 두꺼운 벽을 형성하여 다핵 접합 포자가 된다.

3. 3. 식물

육상 식물에서 수정란은 장란기라고 불리는 공간 내에서 형성된다. 씨 없는 식물에서 장란기는 보통 플라스크 모양이며, 정자가 들어가는 길고 속이 빈 목을 가지고 있다. 수정란이 분열하고 자람에 따라 장란기 안에서 그렇게 된다.

종자식물에서 접합자는 배주 안에 있다. 접합자는 일배체의 꽃가루 알이 수분 후에 꽃가루관을 형성하여 배주까지 신장하고, 거기서 난세포와 수정함으로써 발생한다. 그 후, 접합자는 씨앗의 일부가 되어 배로 성장한다.

양치식물의 경우, 작은 일배체의 전엽체에 조정기(Antheridium)와 조란기(Archegonium)가 형성되고, 조정기에서 방출된 정자가 물 속을 헤엄쳐 조란기 안에 포함된 난자에 수분하여, 조란기 안에서 접합체가 발생한 후, 그 접합체가 실제 양치식물을 만들어낸다. 선태식물의 경우, 일배체성 세포인 위에 생식기 (Gametangium)가 있으며, 양치류와 마찬가지로 난자를 포함하고 정자를 방출한다. 조란기 안에서 수정하여 수정란이 발생한 후, 이 접합체에서 비교적 작은 이배체의 포자체가 발생하여, (이배체의 양치식물과 마찬가지로) 감수 분열 후에 일배체 포자를 형성하고, 이것이 생식에 사용된다.

4. 단세포 생물에서의 수정란

클라미도모나스 수정란은 양쪽 부모로부터 엽록체 DNA (cpDNA)를 포함한다. 이러한 세포는 일반적으로 드문데, 보통 cpDNA는 mt+ 교배형 부모로부터 단일 부모에게서 유전되기 때문이다. 이러한 드문 양쪽 부모 수정란은 재조합에 의해 엽록체 유전자를 매핑할 수 있게 했다.

대부분의 원생생물은 무성생식을 하기 때문에 접합자는 형성되지 않는다. 예외는 많은 편모충류에서 볼 수 있다. 단순하게 조직화된 실 모양 조류의 경우, 실 모양의 개별 세포가 생식기로 분화하고, 접합자는 이에 대응하여 조류 필라멘트의 세포가 된다.

5. 생명 윤리

수정란은 생명의 시작점으로 여겨지기 때문에 사람의 수정란을 어떻게 다룰지는 의학 등 과학 연구와 생명 윤리에서 중요한 논점이다.^[13] 특히 착상 전 유전자 검사(수정란 진단)는 생명 선별 및 선민 사상 등 생명 윤리적인 문제와 연결되어 찬반 논쟁이 있다.

일본이나 영국 등에서는 사람의 배아 배양을 14일까지로 규제하고 있지만, 국제 줄기 세포 학회는 2021년 5월에 지침을 개정하여 14일을 넘는 배양을 허용했다.^[14] 기독교의 가톨릭 등에서는 인공 임신 중절을 용인하지 않고, 수정란의 시점에서 존중받아야 할 생명체로 간주한다.^[13]

참조

_[1] 웹사이트 English etymology of zygote http://www.etymonlin[...]
_[2] 논문 A Surveillance Mechanism Ensures Repair of DNA Lesions during Zygotic Reprogramming 2016-12-01
_[3] 웹사이트 Blastomere http://www.britannic[...] 2012-02-06
_[4] 논문 Totipotency: What It Is And What It Is Not 2014-04-14
_[5] 웹사이트 Report of the Human Embryo Research Panel https://web.archive.[...] 2009-02-17
_[6] 웹사이트 Fetal development https://www.nlm.nih.[...] 2009-02-15
_[7] 서적 Introductory Maternity & Pediatric Nursing https://books.google[...] Lippincott Williams & Wilkins 2006-01-01 #추정 날짜
_[8] 웹사이트 Human Development http://cwx.prenhall.[...]
_[9] 서적 Maternal, Fetal, & Neonatal Physiology https://books.google[...] Elsevier Health Sciences 2007-01-01 #추정 날짜
_[10] 웹사이트 Editing human germline cells sparks ethics debate https://web.archive.[...] 2015-05-06
_[11] 웹사이트 Ehrenberg, Christian Gottfried https://www.spektrum[...]
_[12] 웹사이트 Oscar Hertwig, the First Man to Observe Sexual Reproduction https://www.bbvaopen[...] BBVA 2022-05-07
_[13] 뉴스 ヒト受精卵の培養研究どう動く「14日超え」国際幹細胞学会が解禁／各国の規制見直し焦点 https://www.asahi.co[...] 朝日新聞 2021-07-24
_[14] 뉴스 ヒト受精卵の培養研究どう動く「14日超え」国際幹細胞学会が解禁／各国の規制見直し焦点 https://www.asahi.co[...] 朝日新聞 2021-07-24
_[15] 웹인용 English etymology of zygote http://www.etymonlin[...]

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