국제 컨소시엄 "건강과 질병 차이, 장기별 세포 수준에서 연구 가능"

인체의 각종 장기와 조직을 구성하는 세포들이 어떻게 배열되고 작동하는지 보여주는 3차원 정밀 세포 지도 연구의 초기 성과로 장(intestine)과 신장, 태반의 참조 세포 지도(reference cell maps)가 공개됐다.

[사이테크+] 장·신장·태반 구성 세포, 상세 입체 지도 나왔다
미국 국립보건원(NIH) 등 세계 40여개 기관, 과학자 400여명으로 구성된 인간 바이오분자 아틀라스 프로그램(HuBMAP) 컨소시엄은 20일 인간의 장, 신장, 모체-태아 경계면에 대한 참조 세포 지도 연구 성과를 논문 9편에 담아 과학저널 '네이처'(Nature)와 '셀 리포트'(Cell Reports) 등에 발표했다고 밝혔다.

컨소시엄은 이 결과는 다양한 유형의 세포가 각 조직과 장기에서 어떻게 배열되고 서로 어떻게 상호작용하는지에 대한 새로운 정보를 담고 있다며 인간 생물학과 질병 연구에 필요한 자원을 제공할 것이라고 설명했다.

HuBMAP는 장기와 조직의 기능을 결정하는 세포의 작동 방식과 세포 간 관계가 개인 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구할 수 있게 인체 전체 세포의 배열 지도를 제작하는 것으로 NIH가 2억1천500만 달러를 투입해 추진하고 있다.

HuBMAP는 이를 위해 조직과 기관 내 RNA, 단백질, 대사산물 등을 포함한 세포 분자 구성 요소의 공간 지도를 만드는 도구를 개발해 왔으며, 이번에 공개한 장, 신장, 태반 참조 세포 지도는 이 프로젝트의 초기 성과다.

◇ 단일 세포 수준의 첫 장 세포 공간 지도 = 스탠퍼드대 의대 마이클 스나이더 교수팀은 '네이처'에 다양한 구조로 소화부터 면역 체계 지원까지 많은 기능을 하는 복잡한 기관인 장을 구성하는 세포들의 배열과 기능, 상호 관계를 밝힌 세포 지도를 발표했다.

연구팀은 9명의 장에서 8개 부분을 분석, 부위별로 세포 구성에 큰 차이가 있다는 사실을 밝혀냈으며 이 과정에서 새로운 상피세포 아형(subtype)도 확인했다.

또 다른 유형의 특정 세포들이 서로 '이웃'을 형성하고 그중 일부는 면역 반응 매개라는 특별히 정해진 기능을 수행하는 것으로 나타났다며 이 연구 결과는 장의 기능에 기여하는 복잡하고 다양한 구성의 세포들을 보여준다고 연구팀은 설명했다.

스나이더 교수는 "단일 세포 수준에서 장(intestine) 구성 세포의 공간 지도를 만든 것은 이번이 처음"이라며 "이 지도는 과민성 장 질환부터 초기 대장암까지 모든 것을 비교할 수 있는 건강한 장에 대한 참고 자료로서 모든 소화기 질환에 대한 이해의 기초가 될 것"이라고 말했다.

◇ 건강한 신장-손상된 신장 비교하는 정밀 세포 지도 = 워싱턴대 의대 샌제이 자인 교수팀은 건강한 사람의 신장 45개와 질환이 있는 신장 48개를 비교 조사해 여러 부위에서 51개 유형의 세포를 확인하고, 주요 세포 유형에 대해 제작한 단일 세포 및 공간 고해상도 지도를 '네이처'에 공개했다.

이들은 신장 세포 지도 구축을 위해 건강한 신장, 급성 질환으로 손상된 신장, 만성질환 신장 등에서 채취한 40만개 이상의 세포와 핵을 분석했다.

이를 통해 손상된 신장의 세포는 보통 복구를 위해 면역 세포와 섬유아세포를 유도하는 신호를 방출하고 복구 후 정상세포로 돌아가지만, 급성 손상의 경우 28개 유형의 세포에 변화가 일어나 정상으로 돌아가지 않는다는 것을 발견했다.

연구팀은 유형이 바뀐 신장 세포는 정상으로 돌아가지 않고 복구 상태에 머물며 더 많은 면역 세포와 섬유아세포를 유도해 결국 염증과 섬유화를 일으켜 질병이 진행되고 돌이킬 수 없는 신장 기능 저하를 초래한다고 말했다.

◇ '태아의 생명줄' 모체-태아 연결 조직 세포 지도 = 스탠퍼드대 의대 마이클 앤절로 교수팀은 태아가 엄마의 자궁에 착상돼 성장하는 임신 전반기의 태반 세포 지도 연구 결과를 '네이처'에 공개했다.

연구팀은 태반 세포 지도 제작을 위해 임신 6~22주에 해당하는 모체-태아 계면에서 채취한 66개 표본에 있는 50만 개 이상이 세포와 558개의 동맥을 분석했다.

특히 모체 동맥의 리모델링이 일어나 태아에게 혈액을 전달하는 태반-자궁 계면을 조사했다.

임신 초기 자궁에서는 태반의 태아 쪽 세포가 자궁 내막을 침범하게 되는데 산모 면역 체계는 이를 공격 대상으로 인식하지 않고 오히려 동맥이 재구성되면서 태아에게 혈액을 공급한다.

연구팀은 태반 세포 지도 제작을 통해 태반과 모체의 면역 세포가 긴밀하게 상호 작용하면서 모체와 태아 세포가 공존할 수 있게 돕는다는 사실을 밝혀냈다.

태반의 태아 쪽에서 만들어져 동맥 리모델링 신호를 보내는 영양막 세포와 엄마의 면역계가 매우 복잡하고 정교하게 신호를 주고받으면서 모체가 태반에서 만들어지는 낯선 태아 세포를 받아들이도록 조율한다는 것이다.

앤절로 교수는 "일부 유산은 엄마의 면역 체계가 임신 유지에 충분할 만큼 태반 발달을 수용하지 못하기 때문에 발생한다"며 "이 연구가 특정 유형의 불임을 설명하고 치료법을 발전시키는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다.

이들 논문과 함께 게재된 논평에서 영국 웰컴 생어 연구소의 로저 벤토-토르모 박사와 로저 빌라라사-블라시 박사는 "HuBMAP의 장, 신장, 태반 세포 지도는 질병과 관련된 세포 상태의 공간적 위치를 정의, 질병에 대한 이해를 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다.

이어 "앞으로 다른 조직과 기관의 세포 지도가 더 많이 만들어지겠지만 건강과 질병에서 세포 조직과 기능 사이의 연관성을 더 확고히 확립하기 위해서는 더 많은 샘플을 대상으로 더 많은 테스트를 해야 한다"고 제안했다.

/연합뉴스