국내와 해외 공동 연구진이 폐의 재생능력을 되살릴 수 있는 줄기세포 분화 메커니즘을 밝혀냈다. 심해지는 대기오염으로 폐질환 환자가 늘고 있어 이번 치료법 개발이 더욱 주목 받고 있다.
한국연구재단은 한승혜 미국 노스웨스턴대 교수와 이민호 동국대 교수 공동연구팀이 세포가 사용하는 에너지를 생산하는 미토콘드리아가 폐줄기세포의 기능과 분화를 조절하는 신호 전달 기능이 있음을 규명했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 24일 국제학술지 ‘네이처’에 게재됐다.
폐는 한 번 손상되면 다시 살려내기 힘들어 재생 능력을 촉진하는 치료법 개발이 시급하다. 과학계에선 폐줄기세포의 기능과 분화를 조절하는 메커니즘을 찾는 것이 주요 과제였다.
연구팀은 만성폐질환 및 폐렴 환자에서 공통적으로 관찰되는 미토콘드리아 기능 저하에 주목해, 이러한 기능 저하 현상이 폐줄기세포 분화에 관여하는지 확인했다.
연구팀은 우선 특정 유전자 기능이 조작하지 않도록 만든 실험용 쥐를 이용해 발생기간 동안 폐상피세포에서 미토콘드리아 전자전달계 기능을 제거했다. 이를 통해 쥐가 호흡부전으로 사망하는 것을 확인했다.
이 폐조직에 대한 단일세포 전사체분석도 수행했다. 그 결과 미토콘드리아가 통합 스트레스 반응(ISR)에 관여한다는 것을 확인했다. 미토콘드리아 전자전달계 기능이 상실되었을 때 ISR이 매우 높게 활성화된 반면 ISR 억제제를 투여받은 녹아웃 쥐는 대부분 살아남았고 비정상적 폐구조도 교정됐다.
미토콘드리아가 세포 내 에너지를 생산하는 기능 외에도 세포의 기능과 분화를 조절하는 신호 전달 기능이 있음을 확인한 것이다. 연구팀은 나아가 폐 세포 내에서 미토콘드리아가 비정상적으로 높게 ISR이 활성화되는 것을 막아 폐줄기세포 분화에 필수적인 역할을 한다는 것을 증명했다.
연구팀은 “폐질환 환자들의 미토콘드리아 ISR을 조절해 폐줄기세포 분화를 촉진하고 폐재생을 증진하는 방식의 치료법을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
- 박정연 기자hesse@donga.com