위 내부 위점막층의 상피는 음식이 지나가며 손상되지만 상피 내 위샘에 위치한 위 줄기세포가 세포 재생을 통해 손상부위를 복구해줍니다. 과학자들이 위 줄기세포 관련 연구를 진행한 결과 상피 내 '위샘' 상부에만 줄기세포가 있는 것으로 파악됐습니다. 그런데 최근 위샘의 하부인 '기저부'에서 줄기세포가 추가로 발견되는 등 정확한 위치 식별이 매우 어려웠습니다.
위의 내강 표면을 둘러싸고 있는 위점막층의 상피는 위장관의 가장 두꺼운 부분이며 섭취하는 음식물로 인한 손상된 세포를 복구하는 재생이 끊임없이 일어납니다. 위점막상피의 위샘은 오목, 협부, 목, 기저부의 네 영역으로 나뉘어져 있으며 기저부와 협부영역에 역할과 특성이 서로 다른 두 종류의 위 줄기세포가 존재한다는 가설은 제기됐지만 증명은 되지 않았죠.
그런데 DGIST는 뉴바이올로지전공 김종경 교수팀이 한국, 오스트리아, 영국이 함께하는 공동 연구에 참여해 위 줄기세포의 특성을 규명했다고 밝혔습니다. <Cell Stem Cell>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 식별 원리를 이용해 특성을 규명했다고 합니다.
어떻게 연구했나
위치 식별이 이토록 힘든 이유는 위샘에서 줄기세포를 구분할 수 있게끔 하는 마커 유전자의 정확도가 떨어지기 때문입니다. 연구진은 다른 방식으로 위치를 찾고 위치별 줄기세포의 특성도 찾아냈습니다. 연구팀은 마커 유전자 대신 분열하는 세포의 특성으로 위치 식별이 가능한 ‘다색 마우스 색종이 리포터 시스템(Multi-Color Mouse Confetti Reporter System)’을 이용해 생쥐의 위상피세포 계통 추적에 성공했습니다.
식별 원리는 줄기세포를 색으로 구분하는 것을 말합니다. 생쥐에 타목시펜을 투약하고 현미경으로 세포 분열과 이동을 관찰하면 줄기세포는 네 가지 색상 중 하나로 표시됩니다. 특히 줄기세포가 분열·이동하며 생성된 딸세포가 원래의 줄기세포와 같은 색상을 띄기 때문에 여러 색종이 조각들을 이어붙인 모자이크 같은 위샘의 모습을 관찰할 수 있습니다. 이러한 원리를 이용해 연구팀은 위샘 상부와 하부에서 서로 다른 두 종류의 위 줄기세포를 규명했습니다. 이는 관련 분야에서 해결하지 못했던 난제를 해결한 것입니다.
또한 연구팀은 상부, 하부에 있는 위 줄기세포들의 분자적 특성을 ‘단일 세포 전사체 분석’을 이용해 규명했습니다. 특히 상부 줄기세포가 갖는 빠른 분열로 위샘 상부의 재생을 담당하는 성질과, 하부 줄기세포가 갖는 느린 분열로 위샘 하부의 재생을 담당하는 특성을 각각 파악하는데 성공했는데요. 이러한 위샘의 재생은 위점막층 재생에 영향을 줘, 관련 질병 원인의 규명과 치료에 큰 도움이 될 것으로 기대된다고 합니다.
앞으로의 전망
DGIST 뉴바이올로지전공 김종경 교수는 "이번 연구를 통해 역할과 특성이 서로 다른 두 가지 종류의 위 줄기세포의 위치와 분자적 특성을 규명했다"며 "위장 질환과 위암의 발병 원인이해와 치료법 개발 등에 유용하게 활용될 것으로 기대된다"고 말했습니다.
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