자궁 속의 속삭임: 세포가 인체를 형성하기 위해 "듣는" 방법

배아는 미세한 인력의 숨겨진 교향곡을 통해 스스로 형성되며, 청각 센서의 안내를 받아 이웃 세포들이 완벽한 조화를 이루며 움직입니다. 출처: Shutterstock

모든 복잡한 유기체와 마찬가지로 모든 인간은 수많은 세포 분열을 통해 증식하는 단일 세포에서 유래합니다. 배아가 형성될 때 수천 개의 세포가 서로 협력하고 움직이며 기계적 힘을 가합니다. 괴팅겐 캠퍼스 생물 네트워크 역학 연구소(CIDBN), 막스 플랑크 역학 및 자기 조직화 연구소, 그리고 마르부르크 대학교의 연구진은 배아 세포가 행동을 조정하는 새로운 방식을 발견했습니다. 이는 이전에는 청각 과정에서만 알려져 있던 분자 메커니즘을 포함합니다. 연구진은 이처럼 서로 다른 세포가 서로 다른 두 가지 기능에 동일한 단백질을 사용한다는 사실이 진화적 기원에 기인한다고 설명합니다. 이 연구 결과는 Current Biology 에 게재되었습니다.

학제간 연구팀은 발생 유전학, 뇌 연구, 청각 연구, 이론 물리학의 독특한 방법론을 결합하여 세포 의사소통에서 놀라운 발견을 이루었습니다. 얇은 피부층에서 세포들이 이웃 세포의 움직임을 감지하고, 자신의 미세한 움직임도 다른 세포들의 움직임과 동기화한다는 것을 발견했습니다. 이렇게 이웃 세포 집단은 더 큰 힘으로 서로 힘을 합칩니다. 높은 민감도 덕분에 세포들은 매우 빠르고 유연하게 협력하는데, 이러한 미묘한 힘은 배아 조직을 통과하는 가장 빠른 신호이기 때문입니다. 세포들이 서로의 말을 "듣는" 능력을 유전적으로 박탈당했을 때, 전체 조직이 변했고 발달이 지연되거나 완전히 실패했습니다.

연구진은 세포 간 협력을 조직의 컴퓨터 모델에 통합했습니다. 이 모델은 이웃 세포 간의 "속삭임"이 전체 조직의 얽히고설킨 안무를 유도하고 외부의 힘으로부터 조직을 보호한다는 것을 보여주었습니다. 두 가지 효과는 배아 발달 영상 촬영과 추가 실험을 통해 확인되었습니다. CIDBN의 그룹 리더이자 이 연구의 공동 저자인 마티아스 헤링 박사는 "AI 기법과 컴퓨터 지원 분석을 사용하여 이 분야에서 이전에는 불가능했던 약 100배 더 많은 세포 쌍을 분석할 수 있었습니다."라고 설명했습니다. "이러한 빅데이터 접근 방식은 세포 간의 섬세한 상호작용의 실체를 확실하게 밝히는 데 필요한 높은 수준의 정확도를 제공합니다."

배아 발달 과정에서 밝혀진 메커니즘은 이미 청각 과정에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 매우 작은 소리가 들리면 음파를 신경 신호로 변환하는 귀의 유모세포가 미세한 기계적 움직임에 반응합니다. 청각의 한계점에 도달하면, 유모세포의 돌출부는 몇 원자 직경만큼의 거리만큼 휘어집니다. 귀가 이처럼 예민한 이유는 기계적 힘을 전류로 변환하는 특수 단백질 때문입니다. 지금까지 이러한 힘 감지 센서가 배아 발달에도 중요한 역할을 한다는 것을 거의 아무도 의심하지 않았습니다. 이론적으로 이는 신체의 모든 세포가 모든 단백질의 유전적 청사진을 가지고 있으며 필요에 따라 이를 사용할 수 있기 때문에 가능합니다.

이 현상은 세포 수준에서 힘에 대한 지각이 어떻게 진화해 왔는지에 대한 통찰력을 제공할 수도 있습니다. CIDBN 소장이자 이 연구의 공동 저자인 프레드 울프 교수는 "이러한 힘 감지 이온 채널 단백질의 진화적 기원은 아마도 우리와 균류를 공유하며 동물 생명의 기원보다 훨씬 이전에 출현한 단세포 조상에서 비롯되었을 것입니다."라고 설명합니다. "하지만 이 단백질 유형의 현재 다양성은 최초의 동물이 진화하면서 비로소 나타났습니다." 향후 연구를 통해 이러한 세포 "나노머신"의 원래 기능이 청각처럼 외부 세계를 인지하는 것이 아니라, 체내의 힘을 인지하는 것이었는지 여부를 밝혀야 합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250706230321.htm