▲ 관절의 연골이 더 줄어들면 관절염이 발생할 수 있다. © ChooChin / istock

관절의 연골은 생각보다 재생 가능성이 더 크다. 인간 연골 조직 연구에서 알 수 있듯이 새로운 연골 단백질은 관절, 특히 발목에 형성될 수 있다. 이 도롱뇽과 같은 재생 능력이 확인되면 관절염과 같은 질병 치료를 위한 새로운 접근법이 나타날 수 있다.

 인체는 피부와 간에서 어느 정도까지만 그렇게 할 수 있지만 동물계의 다른 생물은 진정한 재생 예술가다. 예를 들어, 해파리 관련 히드라Hydra는 잃어버린 신체 부위를 즉시 복제 할 수 있으며, 일부 해양 벌레는 필요할 경우 단순히 머리를 갱신하고 액소로틀Axolotl의 경우 척수가 심하거나 망막 조직이 손상되어도 문제가 되지 않는다.

 그러나 더럼에 있는 듀크 대학의 밍펭 수에 (Ming-Feng Hsueh)와 그의 동료들이 보고한 것처럼, 우리 인간들은 이전에 생각했던 것보다 더 많은 "초능력"을 가지고 있을지도 모른다. 연구원들은 알려지지 않은 우리의 연골이 재생 잠재력이 있다는 증거를 발견했다.

 사라진 것은 무엇일까?

 일반적으로 관절의 연골은 스스로 자랄 수 없다. 이 조직이 한번 망가지면 종종 골관절염과 같은 통증과 후유증만 남는다. 그러나 이 상황에서 "무엇이 사라졌을까?"라는 말은 사실인가? 결국, 이전의 연구는 연골 조직에서 줄기세포와 전구 세포를 발견했으며 임상 관찰은 때때로 연골의 재생 능력을 지적한다.

 더 자세히 알아보기 위해 Hsueh와 그의 팀은 엉덩이, 무릎 및 발목에서 인간의 연골샘플을 연구하고 있다. 과학자들은 조직내 개별 단백질에 중점을 두었다. 그들이 알고 싶은 것은, ‘이 모든 거대 분자는 모두 같은 나이의 아미노산으로 구성되어 있을까, 아니면 연골의 재생을 나타내는 나이 차이가 있을까?’ 였다.

▲ 연골이 우리가 모르는 재생가능성을 갖고 있을까? © Alisa Weigandt

관절에 있는 어린 연골 단백질 

Hsueh와 그의 동료들은 단백질의 구성 요소가 시간이 지남에 따라 변화한다는 사실을 잘 활용했다. 이러한 내부 "분자 시계" 덕분에 연구원들은 연골의 특정 핵심 단백질의 나이를 추정하기 위해 질량 분석법을 사용할 수 있었다.

 사실, 그들은 나이가 많고 어린 단백질이 모두 있음을 발견했다. 흥미롭게도 연골의 나이와 신체에서의 위치 사이에는 관계가 있었다. 예를 들어, 발목에는 특히 많은 수의 어린 단백질이 함유되어 있었으며, 무릎의 연골은 전체적으로 평범했으며 엉덩이의 조직은 훨씬 더 오래된 단백질로 구성되었다.

 마이크로 RNA

 흥미로운 점은, 이 패턴은 동물계에서 다른 신체 부위의 재생 가능성에 해당한다. 도롱뇽과 같은 재생 기적의 경우, 제브라 피쉬와 도마뱀은 꼬리 끝이나 지느러미와 다리 끝과 같은 모든 말단 신체 부위에서 약간 자란다. 따라서 어린 나이의 단백질이 인간에게 재생 능력을 제안하는 곳이다.

 이 놀라운 우연의 일치를 더 조사하기 위해 과학자들은 연골에서 소위 microRNA를 조사했다. 유전자 조절에 중요한 이들 유전자는 재생 능력이 있는 것으로 알려진 동물에서 특히 활동적이며 조직 재성장의 열쇠인 것으로 보인다. 우리 인간도 microRNA를 가지고 있지만 연골에 몇 개의 분자가 존재할까?

 콜라겐 생산을 위한 스위치

 분석 결과, 엉덩이, 무릎 및 관절의 활성 microRNA의 양도 다르다는 것이 밝혀졌다. 이 유전자 조절제는 연구자들이 관절에서 가장 어린 단백질을 발견한 곳에서 특히 활발했다. 또한, microRNA의 활성은 연골의 상층에서 하층에서보다 더 높았다. Hsueh 박사는“이러한 사지 및 사지 재생 조절 제가 인간의 조직 복구를 통제하는 것처럼 보인다는 점이 흥미롭다”고 말했다.

 실제로, 그와 그의 동료들은 마침내 microRNA가 새로운 연골 조직의 형성에 기여하는 메커니즘을 해독 할 수 있었다. 따라서, 마이크로RNA21은 일반적으로 새로운 콜라겐의 생성을 억제하는 메신저 RNA (mRNA)를 차단한다. 결과적으로 콜라겐을 생산할 수 있다. 구조 단백질은 연골의 필수 부분입니다.

 골관절염 치료에 대한 접근

 과학자들은 그들의 발견이 예를 들어, 진행성 연골 분해와 관련된 골관절염이 발목보다 엉덩이와 무릎에서 훨씬 더 흔한 이유를 설명 할 수 있다고 생각한다. 앞으로 그들은 특정 microRNA 분자가 어떻게 연골 단백질의 형성을 촉진하는지, 그리고 이것이 인간에서 이 조직 재생 능력에 어떤 의미가 있는지를 더 조사하고자 한다.

 우리의 연골이 실제로 이전에 인식되지 않은 재생 가능성을 가지고 있는 것으로 확인되면, 이는 골관절염 치료에 대한 새로운 접근법을 초래할 것이다. Hsueh의 동료인 Virginia Kraus는 “이러한 조절기를 사용하여 영향을 받는 관절에서 연골을 재생성할 수 있다”고 말한다.

 "도롱뇽"

 그러나, 연구원은 "도롱뇽에 비해 부족한 점을 인식하는 데 성공한다면 부상자들의 일부를 재성장시키는 방법을 개발할 수있다"고 말했다. 그러나 현재 발표된 데이터는 "내부 도롱뇽"이 예상보다 클 수 있음을 시사한다.

Science Advances, 2019; doi : 10.1126 / sciadv.aax3203
출처 : 듀크 대학 의료 센터

[더사이언스플러스=편집국 김지연 기자]  

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