음식으로 유발된 비만이 세포 재프로그래밍 및 만능성에 미치는 영향 규명¶
원제목: Deciphering the impact of diet-induced obesity oncellular reprogrammingand pluripotency
핵심 요약
- 과식으로 인한 비만은 유도만능줄기세포(iPSC) 생성 효율을 현저히 감소시키는 것으로 나타났습니다.
- 비만은 세포의 유전자 발현 및 스플라이싱에 변화를 일으키며, 이는 세포의 만능성 유지 및 분화 과정에 영향을 줄 수 있습니다.
- 비만으로 인한 세포의 변화는 세포 재프로그래밍 및 분화 후에도 지속되어 치료제 개발에 난관을 시사합니다.
상세 내용¶
전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있는 비만은 단순히 체중 증가를 넘어 다양한 건강 문제를 야기하는 대사 질환입니다. 심혈관 질환, 간 질환, 제2형 당뇨병, 암 등과의 연관성이 깊으며, 이러한 질병의 근본적인 이해와 치료를 위해서는 재생 의학과 같은 혁신적인 접근이 필요합니다. 특히, 역분화줄기세포(iPSC) 기술은 성체 세포를 만능성을 가진 줄기세포로 되돌리는 세포 재프로그래밍(SCR)을 통해 얻어지며, 무한한 자가 재생 능력과 모든 성체 세포로 분화할 수 있는 잠재력 덕분에 개인 맞춤형 재생 의학 분야에서 큰 기대를 모으고 있습니다. 그러나 기존의 SCR 연구는 주로 정상적인 식단을 유지하는 실험 대상으로부터 얻은 섬유아세포를 사용하여 높은 재프로그래밍 효율과 용이성을 확보하는 데 초점을 맞춰왔습니다. 이로 인해, 재생 치료로부터 가장 큰 혜택을 받을 수 있는 비만 환자들에게 iPSC 기술을 안전하게 적용하는 데 있어 과식으로 인한 비만이 미치는 영향은 거의 탐구되지 않은 채 남아있습니다.
본 연구는 이러한 연구의 공백을 메우기 위해 고지방 식단(HFD)을 섭취한 실험 쥐와 일반 식단을 섭취한 실험 쥐로부터 얻은 섬유아세포를 이용하여 세포 재프로그래밍에 대한 비만의 영향을 평가하고자 하였습니다. 고전적인 야마나카 SCR 전략, 즉 OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC(OSKM) 전사 인자의 과발현을 활용하여, 과식으로 인한 비만이 HFD 섬유아세포로부터 iPSC를 생성하는 효율과 질에 어떠한 분자적 변화를 야기하는지를 중점적으로 분석했습니다. 이를 위해 세포 및 분자 생물학, 화학 및 유전학적 개입, 고처리량 오믹스 분석, 생물정보학 분석 등 다학제적 접근 방식을 채택하여 1) 재프로그래밍 과정 중 식이 요인에 따른 분자 변화를 규명하고, 2) 새로운 재프로그래밍 전략을 개발하며, 3) 만능성 상태에서 과식으로 인한 비만의 기억과 관련된 지속적인 분자적 특징을 탐색하는 것을 목표로 삼았습니다.
연구 결과, 과식으로 인한 비만은 iPSC 및 유도 신경세포 생성 효율을 유의미하게 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이는 세포의 가소성에 대한 비만의 부정적인 영향을 명확히 보여주는 결과였습니다. 또한, 비만은 유전자 발현 및 스플라이싱 패턴을 변화시키며, 특히 폴리아민 대사에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. 흥미롭게도, 폴리아민 수치를 복원함으로써 HFD 섬유아세포에서의 OSKM 재프로그래밍 효율을 개선할 수 있었습니다. 비록 iPSC의 자가 재생 능력 자체는 비만 식단에 의해 영향을 받지 않았으나, 비만은 만능성의 다양한 상태 간 전환에 변화를 일으켜, 특히 내피 전구 세포로의 분화 과정에서 잠재적인 영향을 미칠 수 있음이 관찰되었습니다.
더 나아가, 비만 식단과 관련된 유전자 발현 및 스플라이싱 변화가 장기간 배양된 iPSC 및 분화 과정 중에도 지속된다는 점을 확인했습니다. 이는 비만의 기억이 세포의 운명 결정 및 기능에 장기적인 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 최종적으로, HFD-iPSC에서 유래한 섬유아세포 유사 세포가 비만 형질을 유지하고 있으며, 이는 원래 HFD 섬유아세포와 유사한 전사체 및 대사적 기억을 공유한다는 사실을 발견했습니다. 이는 비만의 기억이 세포 재프로그래밍 및 분화 과정을 통해 지속될 수 있으며, 치료 목적의 재프로그래밍 전략에 복잡성을 더할 수 있음을 의미합니다.
본 연구는 유도 만능성 줄기세포 기술에 대한 과식으로 인한 비만의 장기적인 영향을 조명하며, 비만, 세포 가소성, 그리고 세포 재프로그래밍 간의 복잡한 상호작용을 강조합니다. 이러한 발견은 비만 및 관련 질환 맥락에서의 미래 치료 적용을 위한 재프로그래밍 전략을 개선하는 데 새로운 통찰력을 제공할 것입니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 우리가 흔히 겪는 '비만'이라는 생활 습관병이 단순히 체중 증가뿐 아니라, 첨단 의학 기술인 '세포 재프로그래밍'에도 상당한 영향을 미칠 수 있다는 점을 명확히 보여줍니다. 특히, 미래의 만능 치료제로 주목받는 유도만능줄기세포(iPSC)를 얻는 과정에서 비만이 부정적인 영향을 준다는 사실은 많은 사람들에게 충격적일 수 있습니다.
쉽게 말해, 비만은 우리 몸의 세포들을 '망가뜨리는' 경향이 있으며, 이 망가진 세포를 원래의 '만능' 상태로 되돌리려는 노력이 비만 때문에 덜 효과적이거나, 혹은 되돌려진 세포조차도 비만의 흔적을 가지고 있을 수 있다는 것입니다. 이는 마치 오래된 컴퓨터를 포맷해서 새롭게 시작하려 해도, 하드디스크에 남아있는 이전 데이터의 잔재 때문에 완벽하게 초기화되지 않는 것에 비유할 수 있습니다. 이러한 '비만의 기억'은 세포가 원래 무슨 세포였는지, 혹은 앞으로 어떤 세포로 분화해야 하는지에 대한 정보를 왜곡시킬 수 있어, iPSC 기술을 활용한 치료제 개발에 있어 예상치 못한 난관이 될 수 있습니다.
이 연구 결과는 우리에게 건강한 식습관이 단순히 외모나 즉각적인 건강 상태에만 영향을 주는 것이 아니라, 미래 의학의 가능성을 현실화하는 데에도 얼마나 중요한지를 다시 한번 일깨워줍니다. 앞으로 iPSC 치료가 보편화된다면, 비만과 같은 생활 습관병을 겪는 환자들이 이러한 첨단 치료로부터 혜택을 온전히 받기 위해서는 근본적인 생활 습관 개선이 선행되어야 할 것이라는 점을 시사합니다. 또한, 연구진은 이러한 비만의 기억을 극복하고 iPSC 생성 효율을 높이기 위한 새로운 방법을 모색하고 있어, 향후 관련 기술 발전에 대한 기대감을 높입니다.