생로병사 비밀의 실마리 ‘세포 지도’ 만들었다

네이처 ‘세포 지도’ 논문 5편 실려
HuBMAP 주도 연구자 100명 참여
신체에 존재하는 세포 변화 파악
‘장·신장·태반지도’ 분석은 큰 성과
DNA·게놈·세포, 단독 결정 못해
단위 기능 알아야 상호작용 파악
“세포 공간적 위치 정의 이해 높여”

인간은 나면서부터 ‘생로병사’의 필연적 굴레를 벗어날 수 없다. 과학기술이 발달하면서 연구자들은 영생불멸까지는 아니더라도 큰 병 없이 건강하게 나이를 먹는 방법을 찾고 있다. 생물체가 지닌 유전정보의 집합체인 유전체(게놈)를 분석해 생명 현상을 분석해 보려는 ‘인간 게놈 프로젝트’가 시작된 것도 이런 이유 때문이다.

생로병사는 인간이 나면서부터 피할 수 없는 운명의 굴레다. 과학자들은 다양한 방식의 ‘현대판 불로초’ 연구에 나서고 있다. 미국 국립보건원(NIH) 제공

사실 인간의 생로병사는 DNA나 게놈, 단백질, 세포들이 단독으로 결정하지 못한다. 그런데도 과학자들이 이런 환원주의적 연구에 노력을 기울이는 것은 이들 단위의 기능을 명확히 알아야 다른 조직이나 물질과 상호작용을 할 때 나타나는 현상을 좀더 명확히 파악할 수 있기 때문이다.

이런 차원에서 과학 저널 ‘네이처’ 7월 20일자에는 ‘인체 생체 세포 지도’와 관련한 논문 3편이 실렸다. 같은 날 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’와 분석과학 분야 국제학술지 ‘네이처 메소드’에도 논문 1편씩이 실렸다.

이번에 발표된 5편의 논문에 참여한 연구자들은 모두 100여명으로 ‘인간 생체분자 지도 프로그램’(HuBMAP)에 참여하고 있는 이들이다.

사람은 세포 조직과 세포 간 상호 작용이 장기와 조직의 기능을 결정한다. 또 서로 다른 세포들의 조직과 특성, 조합이 조직의 성장과 기능, 노화에 영향을 미친다. HuBMAP은 성인 신체 내 존재하는 모든 세포의 지도를 작성해 세포의 변화를 파악하기 위해 구성된 국제 공동 연구 컨소시엄이다. 지금까지 HuBMAP은 단일 세포 수준에서 조직과 기관 내 RNA, 단백질, 대사산물을 포함한 세포 분자 구성 요소의 공간 지도를 그리는 데 도움이 되는 도구 개발에 초점을 맞췄다.

편도선은 인간 면역시스템의 첫 번째 방어선이다. 독일 연구진이 공초점 현미경으로 촬영한 편도선의 조직과 세포. 사진에서 볼 수 있듯 편도선은 세 종류의 다른 세포들로 구성돼 있다. 흔히 조직은 한 종류의 세포로 구성돼 있을 것으로 생각하지만 다양한 세포로 구성돼 있다. HuBMAP 제공

연구팀은 그동안 개발한 분석 기법을 활용해 인간 세포 지도를 만드는 데 성공한 것이다.

이번 연구는 크게 세 가지 성과로 나눠 볼 수 있다. 우선 마이클 스나이더 스탠퍼드대 의대 유전학 교수가 이끄는 팀은 소화부터 면역체계까지 관여하는 복잡한 신체 기관인 장을 분석했다. 연구팀은 소화기관을 8개의 부위로 구분해 분석한 결과 부위별로 세포 구성에 큰 차이를 보인다는 사실과 함께 장의 상피 세포에서 새로운 형태를 발견했다. 특히 이번에 발견된 세포 아형들은 면역 반응에 관여하는 것들로 확인됐다.

마티아스 크레츨러 미국 미시간 앤아버대 의대 교수가 주도한 팀은 건강한 성인남녀의 신장 45개와 각종 질병을 앓고 있는 환자의 신장 48개를 분석했다. 그 결과 신장에 직접적 영향을 미치지 않는 것으로 알려진 질병이라고 할지라도 병을 앓게 되면 신장 세포에 변화를 일으켜 궁극적으로 신장 기능에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 신장의 여러 부위에서 51종의 세포 유형과 네트워크 형태를 규명했다. 이를 통해 신장 기능의 복구, 결함 여부와 급성 및 만성 신장 질환을 앓게 될 경우 세포의 변화를 관찰하는 데도 성공했다.

마이클 앤절로 스탠퍼드대 병리학 교수가 주도한 팀은 임신부들을 대상으로 모체·태아 경계면에서 66개의 표본을 채취해 약 50만개의 세포와 558개의 혈관을 분석해 임신 전반기 태반 지도를 만드는 데 성공했다. 연구팀은 이번 태반 지도를 통해 임신 6~20주에 걸쳐 태반과 면역 세포 간 상호작용이 어떤 방식으로 이뤄지는지를 파악할 수 있을 것으로 기대한다.

과학계는 이번 연구에 대해 “세포 상태의 공간적 위치를 정의함으로써 질병에 대한 이해를 한 단계 더 높이게 됐다”고 평가했다.

유용하 기자

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