미국 해양생물학연구소(Marine Biological Laboratory)의 연구진이 일부 척추동물에서 관찰되는 척수 재생을 촉진하는 유전자 간 동반관계를 발굴했다.
MBL 연구진은 일부 척수동물들이 척수를 재생산할 수 있는데 비해 왜 인간을 비롯한 다른 동물들은 척수 손상 이후 흉터조직이 만들어져 평생 손상을 입을 수 있는지를 밝혀내는데 한 걸음 더 다가섰다고 강조했다.
연구진은 우파루파로 불리는 아홀로틀 도롱뇽에서 중증 척수 손상 이후 특정 유전자 파트너들이 활성화되면서 신경관 및 연관 신경섬유가 기능적으로 재생된다는 점을 발견했다. 이 유전자들은 인간에게도 존재하지만 다른 방식으로 활성화되는 것으로 알려졌다.
MBL의 유진 벨 재생생물학·조직공학센터 카렌 에체베리 박사는 “아홀로틀은 여러 신체 부위를 재생시킬 수 있는 재생의 챔피언이다. 일례로 척수에 병변이 만들어질 경우 척수를 완전히 재생시키고 운동 및 감각 제어 능력을 되찾을 수 있다. 우리는 흉터조직을 형성하는 대신 전-재생 반응을 유도하는 기전을 분자 수준에서 규명하고 싶었다”고 밝혔다.
에체베리 박사의 이전 연구에 따르면 아홀로틀과 인간에서는 척수 손상 이후 신경아교세포 내에 c-Fos 유전자가 상향 조절되는 것으로 나타났다. 에체베리 박사는 c-Fos가 단독으로 작용할 수 없다는 것을 알고 있었다.
에체베리 박사는 “우리는 이를 절대 이질이합체(heterodimer)라고 부른다. 아홀로틀에 있는 c-Fos는 인간의 c-Fos와는 다른 파트너를 갖고 있으며 이로 인해 완전히 다른 반응을 유도하는 것으로 보인다”고 설명했다.
인간의 손상 반응에서 c-Fos는 c-Jun라는 유전자와 짝을 이룬다. 에체베리 박사의 연구팀에 의하면 아홀로틀에서는 c-Fos가 JunB라는 유전자와 함께 활성화되는 것으로 밝혀졌다.
이러한 유전자 활성화의 차이는 유전자 발현을 조절하는 마이크로RNA의 작용에 기인한다.
연구진은 아홀로틀의 마이크로RNA에 의한 유전자 발현을 수정함으로써 c-Fos와 c-Jun을 강제로 짝지을 수 있었다. 이러한 유전자 결합이 이뤄진 아홀로틀은 제 기능을 하는 척수를 재생하지 못했으며 그 대신에 인간의 손상 회복에서 발생하는 흉터조직이 형성됐다. 후속 연구는 인간 세포를 이용해 진행될 예정이다.
연구진은 아홀로틀의 척수 재생과 인간과의 차이점 및 유사점에 대한 이해가 인간 척수 손상에 대한 치료법을 개선시키는데 도움이 될 가능성이 있다고 보고 있다.
에체베리 박사는 “척수 손상뿐만 아니라 많은 신경퇴행성 질환에도 활용될 수 있는 막대한 잠재력을 갖고 있다”고 덧붙였다.
이 연구 결과는 지난 6일(현지시간) 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 바이올로지(Nature Communications Biology)에 게재됐다.
