국내 연구진이 사람의 세포 리프로그래밍과 도마뱀의 조직 재생에 공통으로 관여하는 인자를 발견했습니다.
한국생명공학연구원(이하 생명연) 김장환・이정수 박사 공동연구팀은 포항공과대학교 김종경 교수팀과 함께 세포의 리프로그래밍에 작용하는 데스모플라킨(Dsp) 단백질이 하등 동물의 조직 재생에도 관여한다는 사실을 최초로 규명하였다고 밝혔는데요. 하등 동물의 뛰어난 재생능력이 포유류에서 나타나지 않는 것이 재생의학의 가장 큰 의문이었으나 진화적으로 포유류에게도 공통기전이 존재할 가능성을 찾았습니다. 새로운 재생의학적 기술개발에 이바지할 것으로 기대됩니다.
양서류와 물고기와 같은 하등 동물은 신체 일부가 절단되더라도 해당 조직을 그대로 재생할 수 있는 조직 재생능력을 갖고 있습니다. 하지만, 인간을 포함한 고등 동물은 이런 능력이 없죠. 다양한 연구를 통해 동물의 조직 재생에 관여하는 인자들이 연구되고 있지만, 포유류에서는 조직 재생에 관여하는 아체(芽體) 세포(blastema cell)가 발견되지 않고 있어 재생의학은 치료 세포를 이식하는 방향으로 발전되어 왔습니다.
인간의 몸은 태어나서 20대까지 성장하다가 그 이후부터는 손상되기 시작합니다. 재생의학은 이 손상의 속도를 늦추거나 손상된 신체나 기능을 재생, 회복, 대체하는 것입니다. 알츠하이머, 척추손상, 당뇨 등 적절한 치료방법이 없는 난치성 질환의 근본적 치료 대안으로 주목받고 있죠.
재생의학의 가장 핵심은 환자맞춤형 치료 세포를 만드는 ‘리프로그래밍’ 기술입니다. 리프로그래밍이란 분화가 끝나 이미 특정 조직이 된 세포의 운명을 바꾸는 것을 말합니다. 대표적인 방법이 환자의 체세포로부터 만들어진 유도만능 줄기세포(induced Pluripotent Stem cells, iPS cell)를 필요한 세포로 분화시키는 기술입니다. 하지만 이 기술은 유도만능 줄기세포가 무한대로 자라나는 특성으로 기형종을 만들어낼 위험도 있습니다.
이러한 단점을 극복한 것이 직접교차분화 기술입니다. 이 기술은 이미 분화를 끝낸 세포에 유전자 또는 화합물과 같은 만능성 인자를 첨가하여 목적으로 하는 세포로 전환하는 기술로 유도만능 줄기세포 단계를 거치지 않아 기형종 발생 위험을 최소화할 수 있습니다.
연구팀은 직접교차분화 기술의 기전을 분석한 결과, 세포의 리프로그래밍에 관련이 있는 단백질이 하등 동물의 아체 세포 생성에도 공통으로 영향을 미친다는 사실을 규명했습니다. 직접교차분화의 세포 리프로그래밍 과정에서 일시적으로 ‘중간단계세포’를 거치게 되는데, 이때 발현되는 데스모플라킨(desmoplakin, Dsp)이라는 단백질이 아체 세포의 형성에도 관여하여 조직 재생에도 중요한 역할을 한다는 것입니다.
연구팀은 직접교차분화 과정에서 데스모플라킨 단백질의 발현을 억제하자 중간단계세포의 형성이 현저히 감소했으며, 제브라피시를 이용한 동물실험에서도 단백질 발현을 억제하자 지느러미 재생이 원활하지 않았을 뿐만 아니라 아체 세포의 형성 또한 저해됨을 확인했습니다.
연구책임자인 생명연 김장환 박사는 “도마뱀의 뛰어난 재생능력이 포유류에서 나타나지 않는 이유가 오랫동안 궁금했는데, 이번 연구를 통해 공통된 기전이 포유류에 있을 수 있음을 최초로 제시했다”라며, “유도만능 줄기세포 기술의 안전성과 생산성 우려를 극복하고 나아가 새로운 재생의학적 원천기술 개발의 가능성을 탐색할 것”이라고 전했습니다.
연구결과는 'Science Advances' 10월 28일자 온라인 판에 게재됐습니다.
논문명 : Intermediate cells of in vitro cellular reprogramming and in vivo tissue regeneration require desmoplakin
#용어설명
아체(芽體, Blastema)
동물의 재생(진정재생) 초기에 나타나는 미분화 및 탈분화 세포의 집단으로 이루어지는 돌기를 지칭한다. 잘 알려진 예로는 양서류의 다리 및 꼬리의 제거 후 4~5일 지나서 절단면 상에 형성되는 원추상 돌기가 있다. 그 형성에 앞서 절단면의 조직에 부분적 퇴화가 일어나지만, 곧 정지하여 그 부위에 아체가 형성되며, 표면은 표피로 뒤덮이고 내부는 밀집한 미분화 세포에 의해 채워져 있다.
