[표지로 읽는 과학] 세계 최초 '세포 지도' 완성…장기와 세포 상호작용 확인

인간생체분자 아틀라스 프로그램(HuBMAP) 이니셔티브

네이처 제공

국제학술지 '네이처'는 이번주 표지로 3D 컴퓨터 모델링으로 구현한 장기들의 모습을 실었다. 팥 두개를 붙여놓은 듯한 신장을 비롯해 다양한 장기가 표현됐다. 표지에는 '몸의 그림(BODY IMAGE)'이란 문구가 적혀 있다. 

마이클 스나이더 미국 스탠퍼드대 의대 교수 등이 참여한 국제공동연구팀인 ‘인간생체분자 아틀라스 프로그램(HuBMAP) 이니셔티브’는 인간의 장, 신장, 태반에 존재하는 세포들의 분포와 역할을 입체적으로 확인한 연구 결과를 19일(현지시간) 네이처에 발표했다. 단일 세포 수준에서 세포들의 정확한 분포와 역할을 확인한 세계 최초의 '세포 지도'다. 2018년 시작된 HuBMAP은 인체의 모든 세포가 어떻게 배열되는지 지도로 나타내는 것을 목표로 한다.

세포 지도는 질병 치료의 중요한 단서가 된다. 인체 곳곳에 존재하는 세포는 각종 장기나 조직과 상호작용하면서 신체 구성요소가 어떤 기능을 할지 결정하기 때문이다. 하지만 각 세포가 우리 몸속에서 어떻게 분포하고 작용하는지는 구체적으로 알려지지 않았다.

연구팀은 소화에서 면역 체계 형성에 이르기까지 다양한 기능을 하는 장기인 장에 주목했다. 20명의 기증자로부터 소장과 대장을 얻어 총 8개 영역의 세포를 분석했다.

각 세포의 분포와 역할을 파악하기 위해 ‘코덱스(CODEX, co-detection by indexing)란 분석 기법을 사용됐다. 특정한 단백질과 결합해 조직을 반복적으로 염색하는 물질을 사용해 각 세포 유형을 확인하는 방식이다. 연구팀은 코덱스 분석 기법을 통해 식별된 세포를 유형별로 나눈 뒤 리보핵산(RNA)를 포함한 염색체 정보를 분석했다.

분석한 결과 장 내벽을 구성하는 다양한 세포의 역할과 위치가 확인됐다. 상피세포, 결합조직세포, 신경세포, 면역세포 등이 특정한 질병이 생겼을 때 어떻게 운용되는지 규명했다.

산자이 자인 미국 워싱턴대 의대 교수 연구팀은 건강한 사람 45명의 신장과 질환을 앓고 있는 48명의 신장의 세포를 분석했다. 대부분의 질환은 노폐물을 배설하고 체내항상성을 유지하는 기관인 신장의 손상으로 이어진다. 신장 기능에 영향을 미치는 세포의 역할을 아는 것이 중요한 이유다.

연구팀은 신장에 존재하는 주요 세포 51종의 분포와 역할을 확인했다. 연구팀은 신장이 손상됐을 때 어떤 세포에 결함이 생기고 어떻게 복구되는지 확인한 점을 이번 연구의 주된 성과로 꼽았다.

마이클 앤절로 미국 스탠퍼드대 교수 연구팀은 임신 초기 상태 태반에 존재하는 세포들의 지도를 만들었다. 태반은 태아와 모체의 자궁벽을 연결해 영양 공급, 가스교환, 노폐물 배출 등의 기능을 담당하는 기관이다.

연구팀은 태반에서 채취한 50만개의 조직 샘플에서 588개의 세포를 분석했다. 임신 6~20주 각 시기별 세포와 태반 간의 상호작용을 규명한 것이 주된 성과다. 각 연구를 이끈 연구팀은 이번에 확인된 세포 지도가 실질적인 인간 건강의 증진으로 이어지기 위해선 질병과 각 세포의 강력한 연관성을 확인하는 후속 연구가 필요하다고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]