위세포, 손상 복구를 위해 노폐물 '토해낸다'…새로운 세포 재프로그래밍 메커니즘 발견¶
원제목: Stomach Cells Vomit Waste, Not Digest It, To Mend Injuries | The Scientist
핵심 요약
- 위 손상 시 위 주세포는 손상 복구를 위해 노폐물을 소화하지 않고 체외로 '토해내는' 새로운 방식을 사용함이 밝혀짐.
- 이 '카타르토시스(cathartocytosis)'라는 과정은 세포가 빠르게 축소되어 증식성 세포로 재프로그래밍되는 데 필수적인 초기 단계임.
- 이번 발견은 위 손상 치유 메커니즘에 대한 이해를 높이고, 조절되지 않을 경우 암으로 이어질 수 있는 위험을 시사함.
상세 내용¶
과거 과학계는 위가 손상되었을 때 위벽에 있는 효소 분비 주세포(chief cells)가 손상된 조직을 복구하기 위해 스스로를 작고 증식성 세포로 빠르게 재프로그래밍할 때, 리소좀이라는 세포 내 소기관이 세포 구성 요소를 파괴하여 크기를 줄인다고 생각했습니다. 하지만 최근 워싱턴 대학교의 제프리 브라운과 베일러 대학교의 제이슨 밀스 연구팀은 생쥐 실험을 통해 위 주세포가 원치 않는 세포 잔해를 삼키는 대신 '토해낸다'는 사실을 발견했습니다.
연구팀은 이 과정을 그리스어로 '세포 정화'를 의미하는 '카타르토시스(cathartocytosis)'라고 명명했으며, 이들의 연구 결과는 학술지 '셀 리포트(Cell Reports)'에 발표되었습니다. 이는 세포가 놀랍도록 빠르게 재프로그래밍되는 새로운 생물학적 현상으로, 위 상처 치유에 어떻게 도움이 되는지, 그리고 이 과정이 제대로 조절되지 않을 경우 암으로 이어질 수 있는 가능성을 제시합니다. 연구에 참여하지 않은 세인트루이스 대학교의 면역학자 리처드 디파올로는 이 발견이 위세포가 그렇게 빠르게 재프로그래밍될 수 있는 방법을 우리가 이전에 몰랐던 과정을 통해 더 잘 이해하게 해준다고 언급했습니다.
제이슨 밀스는 2018년에 위와 췌장의 분화된 세포가 손상 시 미분화된 증식성 표현형으로 되돌아가는 과정인 '팔리게노시스(paligenosis)'를 발견한 바 있습니다. 밀스에 따르면 팔리게노시스는 재프로그래밍 중인 세포의 분열 전 품질 검사 역할을 하는 것으로 보입니다. 세포가 검사를 통과하면 분열하고, 실패하면 자멸합니다. 밀스는 세포가 잘못된 선택을 하여 죽어야 할 때 증식하면 암이 발생한다고 설명하며, 이러한 전체 시스템이 암 위험 때문에 진화했다고 추정했습니다.
밀스와 브라운 연구팀은 팔리게노시스의 초기 단계, 즉 고도로 전문화된 기능을 가진 큰 세포들이 어떻게 단 몇 시간 만에 축소될 수 있는지 이해하고자 했습니다. 연구팀은 타목시펜을 사용하여 생쥐의 위에 손상을 유발했는데, 우연히 고용량의 타목시펜이 위 손상을 일으켜 위 주세포가 팔리게노시스를 겪게 한다는 것을 발견했습니다. 첨단 현미경 기술을 사용하여 손상 후 첫 48시간 동안 세포 내용물의 움직임을 추적한 결과, 세포들은 놀랍게도 체적의 약 3분의 2를 리소좀 분해 경로 대신 위강(lumen)으로 '토해내는' 것을 확인했습니다.
세포는 손상 후 불과 8시간 만에 노폐물을 배출하기 시작했으며, 24시간 시점에는 상당히 축소되었습니다. 이는 카타르토시스가 팔리게노시스의 중요하고 빠른 초기 단계임을 시사합니다. 브라운은 리피드, 당, 단백질, 심지어 소기관까지 천천히 분해하는 과정 대신, 세포가 단순히 물질을 제거할 수 있으며 위에서는 나중에 흡수된다고 설명했습니다. 또한, 연구팀은 카타르토시스가 일어나는 위벽의 위강 쪽에서 리소좀 표지자가 발견되지 않아, 이 과정이 리소좀 분해와 독립적으로 발생한다는 것을 뒷받침했습니다. 이는 헬리코박터 파일로리균 감염과 같은 만성적인 위 손상 및 위암 위험 증가 모델에도 임상적으로 중요한 의미를 가집니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 위 손상 복구 과정에서 세포가 노폐물을 처리하는 방식에 대한 우리의 근본적인 이해를 뒤바꾸는 혁신적인 발견입니다. 단순히 기초 생물학적 호기심을 넘어, '카타르토시스'라는 새로운 메커니즘은 우리 몸이 손상에 얼마나 빠르고 효율적으로 반응하고 자가 치유하는지에 대한 새로운 시각을 제공합니다. 일반 대중에게 중요한 점은, 이 과정이 단순히 소화기관의 작동 원리를 넘어 암과 같은 중대한 질병의 발생과도 밀접하게 연관되어 있다는 사실입니다. 세포가 죽어야 할 때 죽지 않고 증식하여 암이 된다는 밀스 교수의 설명은 우리의 일상적인 건강 관리와 질병 예방에 대한 경각심을 일깨웁니다.
핵심적으로, 이 뉴스는 '세포 재프로그래밍'이라는 개념을 쉽고 명확하게 보여줍니다. 세포가 원래의 전문화된 기능을 잃고 다시 미분화된 상태로 돌아가 증식하는 과정입니다. 기존에는 세포가 내부적으로 불필요한 물질을 천천히 분해한다고 생각했지만, 위세포가 노폐물을 '토해내는' 방식은 상상할 수 없을 정도로 빠르고 효과적인 생존 전략임을 보여줍니다. 이는 빠르게 치유되어야 하는 위와 같은 장기에서 특히 중요한데, 에너지를 절약하고 시간을 단축하여 신속하게 손상 부위를 복구하는 데 기여합니다. 이 발견은 마치 고장 난 부품을 교체하기 위해 내부를 해체하는 대신, 통째로 버리고 새 부품을 빠르게 조립하는 것과 같은 효율성을 세포 수준에서 보여주는 것입니다.
이러한 연구 결과는 미래 의학에 상당한 파급력을 가질 수 있습니다. 위궤양이나 만성 염증성 질환의 새로운 치료법 개발은 물론, 헬리코박터 파일로리균 감염으로 인한 위암 발생 메커니즘을 이해하고 예방하는 데 결정적인 단서를 제공할 수 있습니다. 궁극적으로는 이러한 세포 재프로그래밍 및 노폐물 처리 과정을 조절함으로써, 재생 의학 분야에서 손상된 조직을 더 효과적으로 복구하거나 암의 진행을 억제하는 새로운 전략을 모색할 수도 있을 것입니다. 이는 우리의 건강한 삶을 위한 새로운 가능성을 열어주는 중요한 한 걸음이라 할 수 있습니다.