위 염증, 세균 감염이 조직을 변화시키는 방법

헬리코박터균에 의한 위점막 감염은 위염을 유발하고 위암의 위험을 높인다. Charité - Universitätsmedizin Berlin의 연구팀과 Helmholtz Association(MDC)의 막스 델브뤼크(Max Delbrück) 분자 의학 센터는 이제 감염 과정에서 위선의 특징적인 변화를 설명할 수 있게 되었다. 과학자들은 건강한 조직에서 세포 분열을 제한해 암 발병을 예방하는 이전에 알려지지 않은 메커니즘을 발견했다. 이것은 위 감염에 의해 상쇄되어 세포가 제어할 수 없을 정도로 성장할 수 있다. Nature Communications 저널에 발표된 이러한 발견은 새로운 암 치료법 개발의 기초가 될 수 있다. 

▲ 헬리코박터 파일로리균에 의한 위장의 식민지화는 전 세계적으로 인류의 약 절반에서 발생한다. 이것은 가장 흔한 만성 세균 감염 중 하나다. (사진출처: https://focus-arztsuche.de/magazin/krankheiten/magen-darm-erkrankungen/helicobacter-infektion-symptome-und-behandlung)

헬리코박터 파일로리균에 의한 위장의 식민지화는 전 세계적으로 인류의 약 절반에서 발생한다. 이것은 가장 흔한 만성 세균 감염 중 하나다. 그 결과 위의 염증(위염)이나 위암이 발생할 수 있다. 위산과의 지속적인 접촉으로 건강한 위 점막은 몇 주 안에 완전히 재생돼 구조와 구성이 항상 변하지 않는다.

“지금까지는 헬리코박터 감염이 위점막의 선세포를 직접적으로 손상시키는 것으로 여겨졌다”고 연구의 수석 저자인 미샤엘 시갈 교수(Prof. Dr. Michael Sigal)sms 설명했다. "우리 팀은 이제 조직 안정성을 보장하는 신호와 다른 세포 사이의 복잡한 상호 작용이 감염에 의해 중단된다는 것을 발견했다." Sigal 교수는 Charité에서 간과 및 위장병학에 중점을 둔 Medical Clinic의 Emmy Noether 연구 그룹 리더이며 Helmholtz Association(MDC)의 Max Delbrück 분자 의학 센터와 베를린 의료 시스템 생물학 연구소(BIMSB) 소속일원이기도 하다.

연구팀은 헬리코박터 감염에 의한 위샘의 변화를 추적하기 위해 막스플랑크 감염생물학연구소 과학자들과 함께 위샘의 특정 세포를 상태를 이용해 분리하는 복잡한 마우스 모델을 활용했다. 조직에 대한 이미징 및 단일 세포 시퀀싱과 같은 최첨단 기술을 활용해 시각화, 분리 및 세부 검사를 했다. 

또한, 그들은 동물 모델의 사용을 제한할 수 있도록 실험실에서 소위 오르가노이드(organoids)라고 불리는 특수 기관과 유사한 미세 구조를 개발했다. 이 작은 위의 도움으로 그들은 땀샘의 많은 특성을 재현하고 다양한 세포 유형이 발달할 수 있는 줄기 세포에 대한 다양한 신호의 영향을 조사할 수 있었다.

"우리는 땀샘을 둘러싸고 있는 소위 기질 세포가 이전에 생각했던 것처럼 기계적 안정성에만 책임이 있는 것이 아님을 발견했다. 그들은 또한 땀샘의 행동에 중대한 영향을 미치는 메신저 물질을 생산한다”고 Sigal 교수는 설명했다. 

이러한 메신저 물질에는 조직 발달에 중요한 "뼈 형태형성 단백질"(BMP)도 포함된다. 연구원들은 샘 베이스를 둘러싼 기질 세포가 BMP 신호 전달 경로를 지속적으로 억제해 그곳에서 줄기 세포의 분열을 자극한다는 것을 보여줄 수 있었다. 반면에, 샘의 끝에 있는 기질 세포는 신호 경로를 활성화하여 그곳에서 세포 분열을 방지한다.

이러한 환경의 영향은 안정적인 선 구조의 기초다. 헬리코박터 감염은 인터페론 감마(IFN-γ)와 같은 염증 물질의 방출로 이어진다. 이 염증 반응의 과정에서 분비선에서 줄기 세포의 세포 분열을 자극하는 메신저 물질이 점점 더 많이 생성된다. 이것은 궁극적으로 증식으로 알려진 것, 즉 조직이 확대되고 암 전구체가 발생할 수 있다는 사실로 이어진다.

"우리의 연구 결과는 감염 및 관련 염증이 이전에 가정한 것보다 조직에 훨씬 더 많은 영향을 미친다는 것을 보여준다. IFN-γ와 같은 고전적인 염증 물질은 직접적인 항균 효과를 가질 뿐만 아니라 세포 분열 및 줄기 세포의 행동에도 영향을 미친다. 조직. 조직 손상의 경우 빠른 세포 분열은 빠른 치유를 가능하게 하는 데 매우 유용할 수 있다.

그러나 헬리코박터 감염 과정에서 만성 염증이 발생하면 암 전구체의 발달을 촉진할 수 있다”고 Sigal 교수는 설명했다. 위 이외의 기관에서도 중요할 수 있는 면역 체계와 줄기 세포 간의 상호 작용에서 신호 전달 경로는 암 예방과 재생 의학 모두에서 새로운 치료법의 출발점을 나타낸다.
(Nature Communications, 2022; 도이: 10.1038/s41467-022-29176-w)
출처: Charité – Universitätsmedizin Berlin / Max Delbrück 헬름홀츠 협회(MDC) 분자 의학 센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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