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- 죽은 물질을 더 빨리 제거하면 이 개체군에서 살아있는 세포의 수가 증가

세포: 빠른 "정리"는 이점을 제공한다.
공간이 부족할 때 죽은 세포가 빠르게 고갈되는 세포 유형이 경쟁 우위 차지

모든 것은 "정리"로 귀결된다. 세포 유형이 제한된 공간에서 서로 경쟁할 때 결정적인 것은 성장률만이 아니다. 현재 모델 연구에서 밝혀진 바와 같이 죽은 세포의 신속한 제거는 경쟁 우위를 나타낸다. 죽은 세포를 더 빨리 분해하여 더 활동적이고 분열하는 세포를 가진 집단이 우위를 점한다. 이것은 무엇보다도 정의된 기관 및 조직의 종양과 관련이 있다. 

▲ 두 종류의 세포가 제한된 공간에서 경쟁할 때 죽은 세포를 분해하거나 더 이상 분열하지 않는 세포가 유리하다. © MPI-DS, LMP

생물학적 구조에서, 예를 들어, 종양 성장 동안 또는 박테리아 군집에서 조직 무결성을 유지하기 위해 세포 물질의 지속적인 교환이 있다. 일반적인 통념에 따르면 제한된 공간을 지배하는 세포 유형은 주어진 환경에서 가장 빠르게 증식하고 덜 자주 죽는 유형이다.

지금까지 대부분 고려되지 않음

"이러한 전통적인 요소가 경쟁력을 결정하는 유일한 요소는 아니다"라고 Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization(MPI-DS)의 수석 저자인 Ramin Golestanian가 말했다. 그와 그의 팀은 더 이상 분열할 수 없는 오래된 세포나 이미 죽은 세포체가 세포 집단의 성공에 어떤 역할을 하는지 조사했다. 일반적으로 이러한 오래된 세포는 세포 자살 프로그램 또는 내인성 정화 메커니즘을 통해 폐기된다.

그러나 다른 세포 유형에서 분해 속도의 차이가 있는지 여부와 이들이 종양 성장에 역할을 하는지는 지금까지 고려되지 않았다. 일반적으로 분해가 사용되었다. "우리는 죽은 물질이 살아있는 시스템의 성장에 어떤 영향을 미치는지 알아내고 싶었다"라고 MPI-DS의 수석 저자인 요아브 폴락(Yoav Pollack)은 말한다.

급속한 분해가 있는 세포에 이점

그들의 연구를 위해 과학자들은 기계적 압력이 증가하고 분열과 세포 사멸이 균형을 이루는 상태에 도달할 때까지 제한된 공간을 채우는 성장하는 세포를 시뮬레이션했다. "우리는 죽은 물질의 제거율만 다른 두 가지 세포 유형을 분석하고 시간이 지남에 따라 두 집단의 비율을 추적했다"라고 Pollack은 설명했다.

결과:
"우리는 전반적인 체력에 대한 명확한 영향을 관찰할 수 있었다. 죽은 세포를 더 빨리 제거하는 세포 유형이 분명한 이점이 있었다"라고 연구원은 보고했다. 죽은 물질을 더 빨리 제거하면 이 개체군에서 살아있는 세포의 수가 증가했다. 이를 통해 더 느린 저하 속도 경쟁을 이길 수 있었고 제한된 공간으로 테스트 환경에서 가장 큰 공간을 차지하게 됐다.

▲ 그림 2. 균질한 세포 샘플 및 세포 혼합물에서의 경쟁에 대한 대표적인 수치 결과(보충 비디오 1 및 2(https://stacks.iop.org/NJP/24/073003/mmedia)). 5000으로 표시된 가장 긴 시뮬레이션 시간은 ~72세대에 해당 (a) 및 (b) 균질한 샘플의 살아있는 세포에 대한 거친 kymograph. 패널(a)에 표시된 시스템을 구성하는 H 세포(파란색)는 패널(b)의 시스템을 구성하는 L 세포(마젠타색)에 비해 사망 후 더 빨리 분해된다. (c) 패널 (a) 및 (b)의 균질 시스템에 대한 성장하는 세포 밀도(활성 밀도)의 시계열(각각 10회 이상 평균). (d) 동일한 두 시스템에 대한 압력의 시계열(다시 10회 실현 이상 평균). (e) 동일한 비율로 시작하는 두 종의 혼합물에서 살아있는 세포에 대한 Kymograph(부피의 하위 집합은 단일 실현에서 표시됨). L 종의 공간 패치는 확률론적 멸종에 더 취약한다. (f) 동일한 설정 및 매개변수의 10개 구현에 대한 혼합물의 모집단 비율의 시계열. 굵은 선은 패널(e)에 묘사된 특정 실현에 해당. 종 H는 지속적으로 더 잘 수행하고 표본에서 그 비율이 증가한다. (출처: 관련논문 A competitive advantage through fast dead matter elimination in confined cellular aggregates / New Journal of Physics)

활성 세포를 위한 더 많은 공간

더 자세한 분석은 빠른 "정리"가 유리한 이유도 보여주었다. 동일한 세포의 균질한 집단에서 분해 속도는 거의 중요하지 않다. 그러나 두 개의 서로 다른 세포 유형이 공간을 놓고 경쟁할 때 경쟁자와 경계면에서 더 활동적이고 분열하는 세포가 있는 것이 유리하다. 살아 있는 세포가 분열을 통해 비워진 공간을 더 빨리 채울 수 있기 때문이다.

공저자인 필립 비틴(Philip Bittihn)은 "간단히 말하면 이미 차지한 공간에 집착하는 것보다 새로운 공간을 정리하고 점유하는 것이 더 유리하다고 말할 수 있다"고 말했다. 이것은 기관이나 조직의 공간이 제한적일 때 항상 적용된다. 예를 들어 좁은 뼈 세관에서 자라는 박테리아, 모세혈관의 체세포 또는 제한된 공간이 있는 조직의 종양이 있다.
(New Journal of Physics, 2022, doi: 10.1088/1367-2630/ac788e)
출처: Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
막스 플랑크 역학 및 자기 조직화 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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