노화 역전 유전자로 손상된 간세포 체내서 회복 가능성 열어

mRNA-LNP를 통한 성숙한 간세포의 일시적 재생 가능 상태 유도. 한국연구재단 제공

국내 연구진이 노화를 되돌리는 유전자로 손상된 간세포를 줄기세포 이식 없이 몸속에서 재생가능한 상태로 되돌리는 데 성공했다.  

한국연구재단은 차혁진 서울대 약대 교수, 조승우·홍승희 연세대 교수 연구팀이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 백신에 쓰인 메신저리보핵산(mRNA)-지질나노입자(LNP) 기술을 활용해 ‘야마나카 인자(OSKM)’를 간에 일시적으로 전달하고, 성숙한 간세포를 줄기세포와 유사한 재생 상태로 되돌려 손상된 간의 회복을 촉진하는 데 성공했다고 2일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘셀 리포츠 메디신’에 2일 온라인 게재됐다. 

mRNA-LNP는 유전정보를 담은 mRNA를 지방 성분의 미세한 입자에 싸서 세포 안으로 전달하는 기술이다. 4종의 단백질을 통칭하는 야마나카 인자(OSKM)는 성숙한 세포의 운명을 되돌릴 수 있는 강력한 리프로그래밍 인자로, 야마나카 신야 교수가 2006년 발견해 2012년 노벨 생리의학상을 수상했다.

간세포가 급격히 파괴되는 급성 간부전은 간 이식이 가장 확실한 치료법이지만 공여 장기가 부족한 현실적 장벽이 있다. 이를 해결하기 위한 줄기세포 이식의 경우 면역 거부 반응과 종양 발생 위험, 복잡한 제조 과정 등이 한계로 거론된다. 

최근에는 ‘노화 역전 유전자’로 주목받는 야마나카 인자를 짧은 시간만 작동시켜 세포를 완전히 초기화하지 않고 재생 능력만 일시적으로 되살리는 부분 리프로그래밍이 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 야마나카 인자를 온몸에서 장기간 발현시키면 종양 등 안전성 문제가 생길 수 있어 필요한 장기에만 짧은 시간 전달하는 정밀한 기술 개발이 필요하다. 

연구팀은 코로나19 백신 제조에 쓰인 mRNA-LNP 기술을 이용해 야마나카 인자를 담은 mRNA를 간세포에 일시적으로 전달하는 방법을 개발했다. 나노입자(LNP)는 정맥 주사 한 번으로 mRNA 발현의 대부분을 간에 집중시켰다. mRNA는 세포 안에 들어가 야마나카 인자를 만들어 내다가 약 12시간 안에 자연적으로 분해돼 발현 기간이 일시적으로 제한된다.

연구팀은 야마나카 인자가 간에서 일시적으로 발현되자 성숙한 간세포가 줄기세포와 유사한 ‘간 전구세포’로 전환되는 것을 확인했다. 발현을 중단하면 세포는 다시 성숙한 간세포의 특성을 회복해 이러한 변화가 일시적이고 가역적 반응임이 입증됐다.

단일세포 분석 결과 이렇게 만들어진 간 전구세포 일부가 실제 간이 손상됐을 때 자연적으로 나타나는 재생성 세포와 유사한 특성을 지니는 것으로 확인됐다. 급성 간손상 동물모델에 야마나카 인자를 담은 mRNA를 단 한 차례 투여한 결과 생존율이 향상되고 간 괴사와 세포 사멸이 줄고 간 기능 회복도 촉진됐다. 

차혁진 교수는 “OSKM은 흔히 노화 역전 기술로 알려져 있지만 이번 연구에서는 성숙한 간세포를 일시적으로 재생 가능한 상태로 되돌리는 데 활용했다”며 “궁극적으로는 필요한 장기에서 환자 자신의 세포를 재생세포로 일시적으로 전환시키는 치료 전략으로 발전시킬 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]