"불멸" 편형동물이 치유의 과학을 다시 쓰다

연구진은 편형동물 줄기세포가 이웃 세포가 아닌 멀리 떨어진 세포에서 오는 신호에 따라 독립적으로 작용한다는 사실을 발견했습니다. 이는 편형동물 줄기세포의 놀라운 재생 능력을 설명하고 치유 및 조직 복구 분야의 새로운 돌파구를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 출처: Shutterstock

대부분의 동물에서 줄기세포는 주변 세포에 의존하여 무엇을 해야 할지 지시받습니다. 그러나 스토워스 의학연구소(Stowers Institute for Medical Research)의 새로운 연구에 따르면 편형동물, 즉 플라나리아 줄기세포는 다르게 행동합니다. 바로 옆의 세포가 아닌, 몸에서 더 멀리 떨어진 세포로부터 지시를 받습니다. 이러한 놀라운 행동은 편형동물이 손상된 부위를 효과적으로 재생하는 방법을 설명해 줄 수 있으며, 향후 인체 조직을 복구하거나 대체하는 새로운 방법을 제시할 수 있습니다.

2025년 10월 15일 Cell Reports 에 발표된 이 연구 결과는 Stowers 사장 겸 최고과학책임자(CSO)인 알레한드로 산체스 알바라도 박사 연구실의 박사후연구원인 프레드릭 "비프" 만 박사가 주도한 연구에서 나왔습니다. 이 연구는 오랫동안 믿어져 온 생물학적 원리, 즉 대부분의 줄기세포가 고정된 "틈새"에 존재한다는 것에 의문을 제기합니다. 틈새는 이웃 세포들이 언제 분열하고 어떤 세포로 분화할지를 결정하는 물리적 위치입니다.

"예를 들어, 인간의 혈액 형성 줄기 세포는 골수 내부의 틈새에 존재하며, 그곳에서 분열하여 자가 재생하고 새로운 혈액 세포를 만듭니다."라고 만은 말했습니다.

편형동물은 재생의 규칙을 다시 쓴다

연구자들은 편형동물이 잘린 머리나 파편으로 몸 전체를 재건하는 등 손상된 신체 부위를 재건하는 놀라운 능력이 대부분의 다른 동물보다 더 자유롭게 작동하는 줄기 세포와 관련이 있다는 것을 발견했습니다.

"생체 내에서 줄기세포가 어떻게 조절되는지 이해하는 것은 줄기세포 생물학 및 재생 의학 분야의 가장 큰 과제 중 하나입니다."라고 산체스 알바라도는 말했습니다. "이번 발견은 줄기세포 '틈새'라는 개념에 의문을 제기하고, 손상된 조직을 회복시키는 줄기세포의 능력을 조절하는 방법에 대한 이해를 크게 향상시킬 수 있습니다."

성체 플라나리아 줄기세포는 대부분의 동물 줄기세포와 달리 어떤 세포로도 분화할 수 있습니다. 대부분의 동물 줄기세포는 몇 가지 세포 유형만 형성하도록 엄격하게 제한되어 있습니다. 이러한 엄격한 통제는 통제되지 않는 성장을 막는 데 도움이 되며, 이는 암으로 이어질 수 있습니다.

산체스 알바라도는 "우리의 희망은 줄기세포가 특정 조직으로 분화하도록 하는 기본 규칙을 밝혀내는 것입니다. 대부분의 인간 종양은 줄기세포가 이러한 규칙을 따르지 않을 때 발생하기 때문입니다."라고 말했습니다.

"전통적인 니치의 역할은 마이크로매니저와 더 유사할 수 있습니다. 세포들에게 '줄기세포는 될 수 있지만, 특정 유형만 될 수 있다'라고 지시하는 것이죠."라고 만은 설명했습니다. "하지만 이제 우리는 줄기세포가 기능하는 데 정상적인 니치(niche)가 필수적인 것은 아니라는 것을 보여주었습니다. 플라나리아 편형동물의 줄기세포처럼 일부 줄기세포는 독립적으로 활동하는 방법을 알아냈고, 근처의 니치 없이도 어떤 유형의 세포로든 자랄 수 있습니다."

새로운 세포 유형 발견: 헤카토노블라스트

연구팀은 공간 전사체학이라는 첨단 기법을 사용하여 개별 세포와 그 주변 환경에서 어떤 유전자가 활성화되어 있는지 조사했습니다. 그 결과 예상치 못한 인접 세포들이 발견되었는데, 그중에는 이전에는 알려지지 않았던, 표면에서 손가락처럼 생긴 돌기가 여러 개 뻗어 나온 커다란 세포도 있었습니다. 연구진은 이 세포들을 그리스 신화에 등장하는 팔이 여러 개 달린 거인 헤카톤케이레스의 이름을 따서 "헤카톤모세포(hecatonoblasts)"라고 명명했습니다.

"줄기세포와 매우 가까이 위치했기 때문에, 헤카토노블라스트가 줄기세포의 운명이나 기능을 제어하지 못하는 것을 발견하고 놀랐습니다. 이는 전형적인 줄기세포와 틈새의 연결과는 상반되는 직관입니다."라고 Mann은 말했습니다.

근처 세포들이 주도권을 잡는 대신, 줄기세포에 대한 가장 강력한 지시는 장 세포에서 나왔습니다. 장 세포는 데이터세트에서 두 번째로 흔한 유형입니다. 이렇게 멀리 떨어진 세포들은 재생 과정에서 편형동물 줄기세포의 위치와 기능에 영향을 미치는 것으로 보였으며, 심지어 멀리서도 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

"저는 이것을 지역적 소통 네트워크 대 글로벌 소통 네트워크로 생각하는 경향이 있습니다."라고 텍사스 휴스턴에 있는 베일러 의과대학 조교수이자 전 스토워스 박사후연구원인 공동 교신저자 블레어 벤햄-파일 박사는 말했다. "줄기세포와 주변 세포 간의 상호작용은 줄기세포가 즉각적으로 반응하는 방식에 영향을 미치는 반면, 원거리 상호작용은 동일한 줄기세포가 유기체의 큰 변화에 어떻게 반응하는지를 제어할 수 있습니다."

줄기세포 틈새 시장의 본질 재고

연구 결과, 플라나리아 줄기세포는 고정된 접촉 기반 니치 없이 활동한다는 것이 밝혀졌습니다. 벤햄-파일은 "줄기세포 바로 옆에 플라나리아의 정체성을 조절하는 특정 세포 유형이나 요인이 존재하지 않는다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다. 연구팀은 이러한 독특한 독립성이 대부분의 동물들이 재생하지 못하는 플라나리아가 그토록 완벽하게 재생하는 이유를 설명할 수 있을 것으로 보고 있습니다.

벤햄-파일은 "이 중요한 발견은 편형동물 전체가 미묘한 국소적 상호작용과 전역적 신호 전달을 모두 허용하여 줄기세포가 놀라운 재생 능력을 발휘할 수 있게 하는 특성이라는 것입니다."라고 말했습니다.

"가장 놀라운 발견은 적어도 플라나리아의 경우 줄기세포가 서식하는 환경이 고정되어 있지 않다는 것입니다. 오히려 역동적입니다. 줄기세포가 서식하는 곳은 본질적으로 줄기세포와 그 자손이 분화 과정에서 만들어내는 '친구'들로 구성됩니다."라고 산체스 알바라도는 말했습니다. "근처 세포와 신체의 전반적인 신호가 어떻게 함께 작용하여 줄기세포의 능력과 힘을 향상시키는지 더 잘 이해할수록, 신체의 자연 치유력을 향상시키는 방법을 더 잘 개발할 수 있을 것입니다. 이러한 지식은 미래에 인간을 위한 새로운 치료법과 재생 요법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다."

추가 저자로는 캐롤린 브루스터 박사, 둥 부, 라일리 갈튼 박사, 에냐 듀어스, 몰 미르, 카를로스 게레로-에르난데스, 제이슨 모리슨, 메리 키키니 박사, 루신다 마데라, 케이트 홀, 세스 멀로이, 시위안 첸, 브라이언 슬로터 박사, 숀 매키니 박사, 스테파니 노보타르스키 박사, 아노하 페레라가 있습니다.

본 연구는 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립일반의학연구소(National Institute for General Medical Sciences)의 연구비 지원(연구비 수여: R37GM057260)과 스토워스 의학연구소(Stowers Institute for Medical Research)의 기관 지원을 받아 수행되었습니다. 본 연구의 내용은 전적으로 저자의 책임이며, NIH의 공식 견해를 대변하는 것은 아닙니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251029100156.htm