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- 체중 70kg 남성의 세포 수는 약 36조 개, 체중 60kg인 여성의 경우 세포 수는 약 28조 개
- 세포 작을수록 우리 몸에는 더 많은 세포가 존재. 10세 어린이 평균 세포 수 약 17조 개
- 남성의 경우 적혈구와 혈소판에만 약 29조 개의 세포. 전체 세포 수의 약 80%에 해당
- 지방과 근육세포의 무게가 가장 많이 나간다.

우리 몸에는 몇 개의 세포가 있을까요?
세포 수와 세포 크기 사이의 놀라운 연관성 발견

세포 “개체수 조사”:
연구자들이 처음으로 인체에 얼마나 많은 세포가 있고 어떤 세포 유형이 가장 큰 비율을 차지하는지 더 정확하게 알아냈다. 체중이 70kg인 남성의 세포 수는 약 36조 개, 체중이 60kg인 여성의 경우 세포 수는 약 28조 개이다. 지금까지 가장 큰 부분은 우리 혈액의 세포로 구성되어 있다. 놀라운 점은 세포 수와 세포 크기 사이의 관계다. 이는 바다 생물의 관계와 유사하다. 팀이 보고한 바와 같이 세포가 작을수록 우리 몸에는 더 많은 세포가 존재한다. 

▲ 한 연구팀이 우리 몸에 얼마나 많은 세포가 있는지, 어떤 세포 유형이 지배적인지 알아냈다. 지금까지 가장 흔한 것은 지방 세포(파란색)와 혈액 세포(빨간색)이다. © Ian A. Hatton

세포는 우리 몸을 포함한 모든 생명체의 기본 단위를 형성하고 있다. 그 안에는 각 세포 유형마다 특정 작업, 모양 및 크기가 있다. 그 범위는 가장 작고 이동성이 높은 혈액 세포부터 수백만 배 더 큰 허벅지의 근육 섬유까지 확장된다. 우리는 몇 개의 세포를 가지고 있을까? 세포 크기와 수는 다양한 조직 및 세포 유형과 어떤 관련이 있을까? 이는 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다.

▲ 세포 유형별 세포 수와 바이오매스 분포 대조. 참조 남성 해부 모델의 조사된 세포 유형 400개 모두에 대한 보로노이 트리 맵(영역은 상대 세포 수 또는 바이오매스를 나타냄) (A) 세포 수는 적혈구와 혈소판에 의해 지배되며, 이는 세포 수 트리 맵에서 제거된다. 비핵 혈액 세포(약 29조)를 제거한 후에도 백혈구(약 3.4조)가 여전히 약 7조 개의 유핵 세포 수를 지배하며 백혈구의 98%가 조직 상주, 1%가 순환하고 1%가 혈관 내 변연으로 존재한다. (B) 세포 바이오매스는 바이오매스 트리 맵에서 제거된 유핵 세포 수의 0.002% 미만을 차지하더라도 체내 전체 세포 바이오매스 45kg의 약 절반을 차지하는 골격근세포에 의해 지배된다. 나머지 23.5kg의 세포 바이오매스 중 대부분은 백색 지방세포다(약 12kg; 체지방은 피험자마다 크게 다르다). 참조 60kg 여성(약 28조 세포)과 32kg 어린이(약 17조 세포)에 대한 트리 맵과 더 자세한 세포 그룹 및 기관 시스템은 https://humancelltreemap.mis.mpg.de에서 탐색할 수 있다. (출처:관련논문 The human cell count and size distribution / PNAS)

우리 세포를 조사해 보았다.

라이프치히에 있는 막스 플랑크 자연과학 수학 연구소의 Ian Hatton이 이끄는 팀이 이제 이러한 질문에 대한 답을 제공하고 있다. 그들은 약 60개의 다양한 인간 조직과 기관에서 400개 이상의 세포 유형에 대한 데이터를 수집하고 평가했다. 1,500개 이상의 현미경 및 조직 연구를 바탕으로 그들은 세포의 크기, 인체에 얼마나 많은 세포가 있는지, 그리고 세포가 전체 질량에서 차지하는 비율을 결정했다.

▲ 우리 몸의 다양한 세포 유형 사이의 크기 차이는 엄청나다. © Ian A. Hatton

연구진은 체중이 약 70kg인 남성, 약 60kg인 여성, 약 32kg인 10세 어린이의 사례를 사용하여 이러한 분석을 수행했다. Hatton과 그의 동료들은 “다양한 세포 유형의 크기가 상대적으로 고정되어 있기 때문에 몸이 클수록 일반적으로 더 많은 세포를 가지고 있다”고 설명했다.

36조 개의 세포, 그중 대부분이 혈액

세포 수를 분석한 결과, 몸무게가 약 70kg인 남성은 약 36조 개의 세포로 구성되어 있는 반면, 10kg 더 가벼운 여성은 약 28조 개의 세포로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 해튼과 그의 팀은 10세 어린이의 평균 세포 수가 약 17조 개라고 판단했다. 이는 신체 크기와 세포 수 사이의 연관성을 확인하게 한다. 또한 흥미로운 점은 우리 몸에서 발견되는 박테리아 및 기타 "룸메이트"는 이 세포 수에 포함되지 않는다는 것이다. 그들은 또 다른 38조 개의 세포를 구성한다.

그러나 세포 유형과 조직에 따라 분명한 차이가 있다. 현재까지 가장 흔한 세포는 혈액 내 세포다. 남성의 경우 적혈구와 혈소판에만 약 29조 개의 세포가 들어 있다. 이는 전체 세포 수의 약 80%에 해당한다. 우리 몸에서 두 번째로 많은 세포는 3조4000억 개로 구성된 백혈구다.

▲ 특정 조직에 걸친 세포 클래스 분포. 18개의 광범위한 세포 클래스(색상)에 대한 세포 수 및 바이오매스 분포는 신체의 가장 중요한 32개 조직 시스템에 대해 표시되며, 이는 전체 세포 바이오매스의 대다수를 포함하여 조사된 전체 60개 조직 시스템의 약 절반을 나타낸다. 수치는 여성의 유방, 자궁, 난소를 제외한 기준 남성을 의미한다. 대부분의 조직 시스템은 상피 세포 클래스를 구성하는 약 140개의 서로 다른 세포 유형에 의해 지배된다. "CNS" 및 "PNS"는 각각 중추 및 말초 신경계를 의미한다. "기타 혈액 세포" 클래스는 대식세포가 지배하지만 단핵구와 적혈구 및 혈소판의 전구체를 포함한다. 세포 바이오매스는 세포외 수분, 단백질, 미네랄(~25kg, SI 부록 참조)로 구성된 각 조직의 바이오매스 중 비세포 성분을 제외. 혈액 기관과 혈관 내 혈액 세포는 그림 1에 별도로 표시.

지방과 근육세포의 무게가 가장 많이 나간다.

우리 몸에 있는 다양한 세포 유형의 질량 비율을 살펴보면 상황이 다르게 보인다. 그러면 우리 몸에서 가장 큰 세포이자 가장 많은 세포핵을 가진 골격근 세포가 훨씬 앞서 있다. 그의 연구팀이 결정한 것은, 몸무게가 약 70kg인 남성의 경우 근육세포만 약 21.5kg이고 지방세포가 약 13kg이다. 체중이 60kg인 여성의 경우 근육세포는 약 14kg, 지방세포는 약 18kg을 차지한다.

또한 개별 장기와 조직 사이의 세포 분포에는 분명한 차이가 있다. 우리의 눈과 혀에는 각각 12억 개의 세포가 들어 있는데, 소장에는 720억 개의 세포가, 피부에는 610억 개의 세포가 들어 있다. 흥미로운 점은 장 조직의 다양한 혈액 세포 비율이 폐 조직의 비율보다 훨씬 높다는 것이다. 반면에 남성 고환은 줄기세포의 비율이 가장 높다.

세포 크기는 세포 수를 결정한다.

그리고 또 다른 사실이 드러났다. "데이터는 세포 수와 세포 크기 사이의 놀라운 역관계를 드러낸다"고 Hatton과 그의 팀은 보고했다. 세포가 클수록 인체에서 흔하지 않다. 구체적으로 연구팀은 26개 로그 크기 클래스 각각의 총 셀 수가 다음 클래스에 비해 x^-0.97배 감소한다는 사실을 확인했다. 인체의 세포 수와 양은 각 크기 등급이 전체 질량에 대략 동일한 양을 차지하는 방식으로 균형을 이루고 있다.

▲ 로그 척도에서 세포 수와 세포 크기의 비율: 세포가 클수록 우리 몸에는 그 종류가 적다. © Hatton 외./PNAS, CC-by 4.0

"이러한 크기 분포는 본질적으로 일반적인 것으로 보인다"고 팀은 설명했다. 예를 들어, 해양 유기체의 분포는 수와 크기 사이에 매우 유사한 관계를 보여준다. 해양 박테리아와 흰 긴수염고래는 크기 측면에서 서로 다르지만, 각각의 크기 등급은 해양의 총 바이오매스에 대략 동일한 양을 기여한다. “우리가 아는 한, 그러한 분포 패턴은 이전에 개인 내에서 문서화되지 않았다”고 연구원은 말했다. 이는 자연의 모든 조직 수준에서 이러한 패턴이 반복된다는 점을 강조한다. 

▲ 세포 바이오매스와 세포 크기 변화. 한 그룹의 세포 수에 세포 질량을 곱하면 한 세포 그룹의 총 바이오매스가 나온다. (A) 수치적 개수(그림 3)는 크기 등급 내 총 세포 바이오매스로 변환되며 로그 세포 질량에 따른 체계적 변화는 거의 나타나지 않는다. 여기서 우리는 남성과 어린이와 대체로 유사한 여성 세포 바이오매스를 보여준다(선형 축의 B에 표시됨). 가로 색상 띠는 문헌 값을 기준으로 한 대략적인 크기 범위를 나타낸다. 어떤 경우에는 해당 세포 유형이 광범위하게 분포되어 있는 경우(예: 지방세포 및 근육세포) 세포 유형의 바이오매스(색상 점)가 크기 등급 합계보다 클 수 있다. (B) 세포 바이오매스는 선형 축에 표시되어 특히 가장 큰 세포 유형(지방세포 및 근세포) 사이의 불규칙성을 강조할 수도 있다. 남성, 여성, 10세 어린이는 대체로 유사하지만, 어린이의 바이오매스는 약간 더 고르게 분포되어 있다.

▲ 세포 유형에 따른 크기 변화. (A) 선택된 인간 세포 유형(색상; n = 30) 및 세포 크기 모델 시스템(회색; n = 10)의 공개된 크기 분포는 정규화되었으며 로그 정규 분포(재료 및 방법; SI 부록, 그림 S2). (B) CV(SD를 평균 세포 질량으로 나눈 값)는 전체 범위의 세포 유형에 걸쳐 평균 크기에 따라 체계적으로 변화하는 경향이 거의 없음을 보여준다. (C) 각 세포 유형에 대한 세포 질량의 차이는 모든 세포 그룹의 평균 세포 질량에 대해 지수 2.17(±0.04)의 거듭제곱 법칙으로 확장된다. B와 C의 작은 솔리드 포인트는 데이터 세트(n = 522)의 크기 범위에서 SD 추정치에서 파생. 열린 원(n = 54)은 이전에 발표된 분포에서 나온 것이고 검정색 모양(n = 10)은 A에 표시된 셀 크기 모델 시스템에서 나온 것(범례는 SI 부록, 그림 S2 참조, 소스는 재료 및 방법 및 SI 부록 참조). ).

의학 및 생물학에 대한 중요한 참고 자료

연구팀에 따르면, 이러한 결과는 인체에 ​​세포 수와 크기 측면에서 세밀하게 조절된 균형이 있음을 시사한다. 이러한 균형과 일반적인 값에 대한 지식은 이제 이상 및 병리학적 변화를 식별하는 데 도움이 될 수 있다. 동시에, 새로운 발견은 다른 포유류에서도 세포 크기와 세포 수 사이에 매우 유사한 연관성이 있을 수 있음을 시사한다.
Hatton과 그의 팀은 “우리의 데이터는 인체 세포에 대한 전체적인 기준틀을 확립하는 동시에 세포 생물학의 중요한 패턴을 강조하는 역할을 한다”고 말했다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2303077120)
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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