얼룩말바리 물고기가 인간의 청력 세포를 재생하는 데 도움이 될 수 있을까?

제브라피시 유전자 두 개가 내이 세포 재생의 열쇠를 쥐고 있으며, 이는 향후 인간 치료법 개발에 희망을 제시합니다. 출처: 스토워스 의학연구소

인간은 혈액이나 장 세포와 같은 특정 세포를 정기적으로 교체할 수 있지만, 신체의 다른 부위는 대부분 자연적으로 재생되지 않습니다. 예를 들어, 내이의 작은 감각 유모세포가 손상되면 영구적인 청력 손실, 난청, 또는 균형 감각 문제가 발생하는 경우가 많습니다. 반면, 물고기, 개구리, 병아리와 같은 동물은 감각 유모세포를 손쉽게 재생합니다.

스토워스 의학연구소(Stowers Institute for Medical Research)의 과학자들은 제브라피시에서 두 가지 서로 다른 유전자가 감각 세포 재생을 어떻게 유도하는지 밝혀냈습니다. 이 발견은 제브라피시의 재생 과정에 대한 이해를 높이고, 인간을 포함한 포유류의 청력 손실 및 재생 의학에 대한 향후 연구의 방향을 제시할 수 있습니다.

"우리와 같은 포유류는 내이의 유모세포를 재생할 수 없습니다."라고 이 연구의 공동 저자이자 스토워스 연구원인 타티아나 피오트로프스키 박사는 말했습니다. "나이가 들거나 장시간 소음에 노출되면 청력과 균형 감각을 잃게 됩니다."

2025년 7월 14일 Nature Communications 에 발표된 피오트로프스키 연구실의 새로운 연구는 유모세포 재생을 촉진하고 줄기세포의 안정적인 공급을 유지하기 위해 세포 분열이 어떻게 조절되는지 이해하고자 합니다. 스토워스 연구소 전 연구원인 마크 러시 박사가 이끄는 연구팀은 세포 분열을 조절하는 두 가지 유전자가 제브라피시에서 두 가지 핵심 감각 지지 세포의 성장을 각각 조절한다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 과학자들이 향후 인간 세포에서도 유사한 과정이 유발될 수 있는지 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.

"정상적인 조직 유지 및 재생 과정에서 세포는 죽거나 떨어져 나가는 세포를 대체하기 위해 증식해야 합니다. 하지만 이는 분열하여 세포를 대체할 수 있는 기존 세포가 존재할 때만 가능합니다."라고 피오트로프스키는 말했습니다. "증식이 어떻게 조절되는지 이해하려면 줄기세포와 그 자손 세포가 언제 분열하고 어떤 시점에서 분화해야 하는지 어떻게 아는지 이해해야 합니다."

제브라피쉬는 재생을 연구하기에 매우 좋은 기관입니다. 머리부터 꼬리지느러미까지 일직선으로 신경마스트(neuromast)라는 감각 기관이 점재해 있습니다. 각 신경마스트는 꼭대기에서 "모세포"가 돋아난 마늘 알갱이와 비슷합니다. 다양한 지지 세포들이 신경마스트를 감싸 새로운 모세포를 생성합니다. 제브라피쉬가 물의 움직임을 감지하는 데 도움을 주는 이 감각 세포는 사람의 내이에 있는 세포와 매우 유사합니다.

제브라피시는 발달 과정에서 투명하고 접근 가능한 감각 기관계를 가지고 있기 때문에 과학자들은 각 신경마스트 세포를 시각화하고, 유전적으로 염기 서열을 분석하고, 변형할 수 있습니다. 이를 통해 줄기세포 재생, 모세포의 직접적인 전구 세포인 전구세포의 증식, 그리고 모세포 재생의 메커니즘을 연구할 수 있습니다.

"우리는 유전자를 조작하여 어떤 유전자가 재생에 중요한지 시험할 수 있습니다."라고 피오트로프스키는 말했다. "이러한 세포들이 제브라피시에서 어떻게 재생되는지 이해함으로써, 포유류에서는 유사한 재생이 일어나지 않는 이유를 파악하고, 앞으로 이러한 과정을 촉진할 수 있을지 여부를 밝혀낼 수 있기를 기대합니다."

신경마스트 내 재생에 기여하는 두 가지 주요 지지 세포 집단은 신경마스트 가장자리의 활성 줄기세포와 중심부 근처의 전구세포입니다. 이 세포들은 대칭적으로 분열하여 신경마스트가 줄기세포를 고갈시키지 않으면서도 지속적으로 새로운 유모세포를 생성할 수 있도록 합니다. 연구팀은 시퀀싱 기법을 사용하여 각 유형에서 어떤 유전자가 활성인지 확인한 결과, 두 개의 서로 다른 사이클린D 유전자가 한쪽 집단에만 존재한다는 것을 발견했습니다.

연구진은 줄기세포와 전구세포 집단의 각 유전자를 유전적으로 변형했습니다. 그 결과, 서로 다른 사이클린D 유전자가 두 유형의 세포의 세포 분열을 독립적으로 조절한다는 것을 발견했습니다.

"이러한 유전자 중 하나를 기능을 정지시켰을 때, 단 하나의 세포 집단만 분열을 멈췄습니다."라고 피오트로프스키는 말했습니다. "이 발견은 한 장기 내의 여러 세포 집단이 개별적으로 조절될 수 있음을 보여주며, 이는 과학자들이 장이나 혈액과 같은 다른 조직의 세포 성장을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."

세포 유형 특이적 사이클린D 유전자가 결핍된 전구 세포는 증식하지 않았지만, 유모 세포를 형성하여 세포 분열과 분화의 연관성을 분리했습니다. 특히, 줄기 세포 특이적 사이클린D 유전자를 전구 세포에서 작용하도록 조작했을 때 전구 세포 분열이 회복되었습니다.

워싱턴 대학교에서 제브라피시 측선 감각계를 연구하는 데이비드 레이블 박사는 이번 연구의 중요성에 대해 다음과 같이 평했습니다. "이 연구는 유모세포 재생을 촉진하면서 신경마스트 줄기세포를 유지하는 정교한 메커니즘을 밝혀냈습니다. 포유류에서도 유사한 과정이 존재하는지, 또는 활성화될 수 있는지 연구하는 데 도움이 될 수 있습니다."

사이클린D 유전자는 장과 혈액 등 많은 인간 세포의 증식도 조절하기 때문에 이 연구팀의 발견은 유모세포 재생에만 국한되지 않을 가능성이 있습니다.

피오트로프스키는 "얼룩말고기 털세포 재생에서 얻은 통찰력은 결국 자연적으로 재생되는 기관과 조직, 그리고 재생되지 않는 기관과 조직 모두에 대한 연구에 정보를 제공할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

추가 저자로는 야인 차이, 시위안 첸, 다니엘라 뮌히, 줄리아 펠로지아 박사, 제레미 샌들러 박사가 있습니다.

본 연구는 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립청각장애 및 기타 의사소통장애연구소(NIH, 연구비 수여: 1R01DC015488-01A1), 청각건강재단(Hearing Health Foundation), 그리고 스토워스 의학연구소(Stowers Institute for Medical Research)의 지원을 받아 수행되었습니다. 본 연구의 내용은 전적으로 저자의 책임이며, NIH의 공식 견해를 대변하는 것은 아닙니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250714052110.htm