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유전적 "우편번호", 신체 부위 재생에 도움

아홀로틀의 새로운 팔
유전적 "우편번호", 신체 부위 재생에 도움

이 화려한 이미지는 척추동물 중 재생의 예술가로 불리는 아홀로틀의 앞다리를 보여준다. 이 도롱뇽은 사지가 재생될 수 있다. 이 이미지의 형광색은 아홀로틀의 재생 과정을 보여준다. 어떤 유전자가 어디에서 활성화되는지, 그리고 이 유전자들이 일종의 유전적 "우편번호"를 나타낸다는 것을 보여준다. 이 위치 코드 덕분에 새롭게 자라나는 세포는 자신의 위치와 어떤 유형의 세포로 발달해야 하는지를 파악한다. 

▲ 유전자 변형된 악솔로틀 손은 위치 코드를 보여줍니다. 앞쪽 세포와 손가락 끝은 자홍색으로 빛나고, 뒤쪽 세포는 녹색으로 빛난다. © Leo Otsuki/IMBA

이 발견은 아홀로틀(Ambystoma mexicanum)의 기적적인 재생의 미스터리를 해결한다. 멕시코에 서식하는 이 양서류는 잘리거나 다친 사지와 내장이 몇 주 안에 완전히 재생된다. 꼬리나 다른 신체 부위 대신 새로운 팔이 자라나는 것은 유전적 "우편번호"와 관련된 역동적인 신호 전달 시스템 덕분이다. 이 두 가지가 합쳐져 ​​일종의 재생 분자 지도를 형성한다.

▲ a,b, 아홀로틀 사지 발달(a) 및 재생(b) 도식.(출처: 관련논문 Published: 21 May 2025 / Molecular basis of positional memory in limb regeneration / nature)

"Hand2" 유전자는 팔 뒤쪽의 위치를 ​​나타낸다.

예를 들어, 새끼손가락 뒤쪽 세포에서 이 우편번호는 "Hand2" 유전자로 구성되어 있으며, 이는 비엔나 분자생명공학연구소(IMBA)의 레오 오츠키가 이끄는 연구팀이 유전체 분석 과정에서 발견한 것이다. 이 유전자는 건강한 아홀로틀의 몸에서 지속적으로 약하게 활성화되어 세포에게 팔 뒤쪽의 위치를 ​​알려준다. 그러나 부상이 발생하면 유전자 활성이 증가하여 소위 Shh 단백질이 방출된다.

이 단백질이 도달하는 주변 세포는 손가락이나 팔 뒤쪽의 세포로 발달하여 팔과 손의 해당 부위 재생에 기여한다. Shh 신호가 도달하지 않는 더 먼 거리의 세포는 엄지손가락이나 팔 앞쪽의 세포로 변형된다. 팔이 완전히 재생되면 "Hand2" 유전자 활성은 원래 수준으로 돌아가고 Shh 단백질이 더 생성되지 않는다.

▲ h, 배아 Hand2 세포에 대해 추적된 모세포 계통(빨간색). 현재 Hand2 발현은 청록색으로 표시되어 있다. i, 발생 후("원래 사지") 또는 절단 및 재생 후("재생") 손 영역에 대한 배아 Hand2 세포의 기여도. (출처: 관련논문 Published: 21 May 2025 / Molecular basis of positional memory in limb regeneration / nature)

인간도 신체 부위를 재생시킬 수 있을까?

연구에 따르면, 부상 후 아홀로틀의 세포 위치 기억이 활성화되고, 그 신호가 증폭되어 올바른 조직 형성을 촉발한다. 이 발견은 신호 코드를 사용하여 세포를 다른 우편번호로 재프로그래밍하는 재생 연구에 실질적으로 활용될 수 있다. 예를 들어, 팔 앞쪽에 있는 세포는 Shh 신호를 받으면 팔 뒤쪽에 있는 세포가 되는데, 이는 실험 결과에서 나타났다.

연구진은 이 재프로그래밍 기술을 통해 실험실에서 원하는 세포 정체성을 가진 전체 조직과 오가노이드를 배양할 수 있기를 기대한다. 또한 필요에 따라 세포를 다른 세포 유형으로 변형시켜 인체 내에서 직접 조직을 변형하는 것도 가능할 수 있다. 이는 Hand2 유전자와 Shh 유전자가 인간에게도 존재하기 때문이다. 진화 과정에서 이러한 능력을 잃어버렸지만, 과학자들은 언젠가 이 유전자를 이용하여 팔다리를 다시 자라게 할 수 있을지도 모른다.
(Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-09036-5)
출처: 비엔나 분자생명공학연구소(IMBA)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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