줄기세포는 다분화성과 함께 불멸성이란 특성을 갖는다. 일반 세포들은 세포분열을 통해 딸 세포를 만든 후 그 딸 세포들이 다시 분열을 하면서 조직이 성장하고, 모세포는 노화하면서 죽게 된다. 이에 비해 줄기세포는 자가복제(self-renewing) 분열을 통해 모세포의 특성과 수를 유지한다.

미국 텍사스대 사우스웨스턴 의대 연구진은 미시간대 과학자들과 협동연구를 통해 줄기세포의 자가복제 이유를 설명할 수 있는 메커니즘을 발견해 과학학술지 ‘네이처(Nature)’(7월 1일)에 게재했다.

성체 줄기세포들은 한 유기체가 살아가는 동안 조직의 항상성(恒常性) 유지를 위해 필요한 세포들을 미리 준비된 상태로 공급한다. 이 줄기세포들은 ‘niches’라 불리는 특별한 환경 안에서 미분화된 자가복제 상태를 유지하고 있다. niche를 구성하는 세포들은 줄기세포 보존에 필수적인 신호와 성장인자들을 생산해 줄기세포를 유지, 보호한다. 그런데 이 신호들을 한층 특성화된 줄기세포 자손들이 아닌 모(母) 줄기세포가 배타적으로 수용하도록 하는 메커니즘은 제대로 이해되지 않은 채 남아있었다.

마이클 버즈책(Michael Buszczak) 교수(분자생물학과 및 헤이먼 재생의과학센터)는 “이번 발견은 줄기세포와 그 이웃 세포들이 어떻게 서로 신호를 주고 받는가에 대한 기존의 생각을 바꿀 수 있을 만큼 의미가 있다”고 말했다.

줄기세포와 niche 연결하는 나노튜브 통해 신호 연결

과학자들은 niches와 줄기세포 사이의 신호가 어떻게 작동되는지를 파악하기 위해 노력을 기울여 왔다.

버즈책 교수는 “이 신호들은 줄기세포에서 분화하는 자손들이 아닌 오직 (어미) 줄기세포만이 자가복제 신호들을 받을 수 있도록 작은 범위 안에서만 작동한다”며, “이 통신의 기전은 아직 밝혀지지 않았고, 우리는 줄기세포가 미세한 나노튜브를 만들어 이를 niche로 연결함으로써 실과 같은 나노튜브가 빨대처럼 niche를 두드려 줄기세포에서 신호가 발생하도록 한다는 것을 발견했다”고 밝혔다.

이번 발견은 버즈책 교수 연구실과 미시간대 유키코 야마시타(Yukiko Yamashita) 교수(세포 및 발달생물학) 연구실과의 적극적인 협동연구로 결실을 맺었다.

논문 제1저자인 버즈책 교수 연구실의 메이유 이나바(Mayu Inaba) 박사후 과정 연구원은 연구 아이디어로 개별 줄기세포를 줄기세포 niche의 핵심 중앙부에 연결하는 가는 돌기에 주목했다. 야마시타 교수는 예전 사진파일들을 검토해 보고 수많은 사진 속에서 이 같은 연결상태를 확인했다. 야마시타 교수는 “예전에 그 연결상태를 확인하기는 했으나 계속 관찰해 오지는 않았다”고 말했다.

이번 연구는 줄기세포가 어떻게 재생되며, 세포들 사이의 잘못된 통신이 어떻게 암과 같은 질병을 일으킬 수 있는지를 이해하는 중요한 기초작업으로 평가된다. 예를 들어 너무 많은 줄기세포가 생산되면 암적인 성장을 촉진할 수 있고, 줄기세포 재생산이 너무 적으면 세포들이 적절하게 갱신되지 않아 노화를 일으킬 수 있다.

버즈책 교수는 장기 연구목표 중 하나로 초파리 줄기세포의 보존과 그 딸 세포들의 분화를 조절할 수 있는 완벽한 통제 네트워크 확립을 계획하고 있다. 그는 “정상적인 유전자 발현 프로그램에서 동요가 일어나면 그것이 어떻게 질병을 일으키는가를 이해하는 기초도구로서 이번 연구 정보를 활용할 계획”이라고 말했다.