[바이오 위클리] 도마뱀 재생 능력, 인간에게도 유도 가능할까?

■ 이성규 / 과학뉴스팀 기자

■ 김장환 / 한국생명공학연구원 책임연구원

[앵커]
도마뱀과 같은 하등동물은 꼬리가 잘려도 재생되지만, 인간을 포함한 고등동물은 이런 재생 능력이 없는데요. 오늘 바이오 위클리에서는 도마뱀의 재생에 관여하는 핵심 단백질을 새롭게 규명한 한국생명공학연구원 김장환 책임연구원, 이를 취재한 이성규 기자와 자세한 이야기 나눠 보겠습니다. 두 분 어서 오세요.

[기자]
안녕하세요.

[인터뷰]
안녕하세요.

[앵커]
이번 연구에서 도마뱀의 재생능력이 포유류에게 있을 가능성을 확인했는데요. 우선 연구에서 규명한 핵심내용이 무엇인지 간략히 설명해주시죠?

[인터뷰]
우리가 보통 재생이라는 단어를 떠올리면, 도마뱀의 다리나 꼬리의 재생을 떠올립니다. 진화적으로 양서류와 파충류 이하의 동물에서는 재생이 원활히 일어나지만, 포유류 이상의 고등동물에서는 절단된 손가락이 다시 만들어지는 것과 같은 재생이 일어나지 않습니다. 뛰어난 재생능력은 생명체의 생존에 매우 유리한 특성임에도 불구하고 왜 포유류는 재생 능력이 없는가는 생물학에서 오랫동안 풀리지 않았던 중요한 질문입니다. 저희는 이런 질문에 완전히 답하는 것은 아니지만, 포유류에도 동물과 유사한 재생 기능이 진화적으로 보존돼 있을 수 있다는 가능성을 처음으로 확인했습니다.

[기자]
재생 능력과 관련 해서 데스모플라킨이라는 단백질이 중요한 역할을 한다 라고 새롭게 규명하셨잖아요. 이 단백질이 어떤 단백질이며, 어떻게 재생 능력에 관여하는 건지 좀 설명해주시죠.

[인터뷰]
데스모플라킨이라고 하는 유전자가 데스모좀 이라고 하는 세포 접합에 관련 되는 단밸질인데 그냥 세포 연결만 관련 된 줄 알았었는데 저희가 연구해본 결과로는 재생에도 관여하고 있다라고 확인했고 이게 인간에서도 존재하는 단백질인데도 불구하고 인간에서는 크게 기여는 못한다고 생각했었는데 이번에 확인해보니깐 재생을 유도하는 그런 세포를 형성하는데 데스모플라킨이 관여를 할 것같다라는 그런 결과를 얻을 수 있었습니다.

[기자]
한 가지만 더 질문을 드리면 방금 살짝 언급해주셨는데 데스모플라킨이라는 단백질이 도마뱀도 있고 인간도 가지고 있잖아요.도마뱀은 재생이 되지만 사람이 그게 안되잖아요. 어떤 이유 때문이라고 봐야 할까요?

[인터뷰]
아마도 진화적으로 저희가 인간으로 넘어오면서 재생을 할 수 있는 기능이 떨어졌을 텐데 아마도 그 사이 동안에 데스모플라킨 기능이 조절하는 양상이 변했을 것이라고 생각하고 향후에 데스모플라킨이 어떻게 인간에서 기능이 제한이 되었는지를 연구를 해보고 기전을 밝히는 게 필요하다고 볼 수 있습니다.

[앵커]
도마뱀의 재생과 관련해서 많은 연구가 기존에도 있었는데 이번 연구 성과와 뭐가 다른걸까요?

[인터뷰]
포유류와 인간은 동물과 같은 재생이 일어나지 않기 때문에 재생 기전 연구를 진행하기 어렵습니다. 대신 동물의 재생과 같은 효과를 활용해 질병을 치료하는 재생의학이라는 분야를 발전시켰습니다. 재생의학은 줄기세포를 활용해 질병 치료에 필요한 세포나 조직을 만드는 분야입니다. 저희는 줄기세포 기술 중 '직접교차분화' 기술을 10년 넘게 연구해오고 있는데, 이번 논문에서 직접교차분화가 어떻게 일어나는지 구체적으로 설명할 수 있는 결과를 얻었습니다.

연구결과 직접교차분화의 중간과정에서 지금까지 밝혀지지 않았던 특이한 세포가 있다는 것을 발견했습니다. 흥미롭게도 이 세포가 도마뱀과 같은 동물의 재생에 관여하는 아체 세포와 매우 유사하다는 것을 확인했습니다. 아체 세포는 도마뱀의 다리나 꼬리가 절단되었을 때, 절단된 부위에 만들어져 다리나 꼬리를 통째로 재생할 수 있게 하는 핵심 세포입니다. 포유류에서는 아체 세포가 생성되지 않기 때문에 동물과 같은 재생 능력을 갖추지 못하는 것으로 생각됐습니다. 그런데 이번 저희 연구에서 포유류에서 아체 세포와 유사한 세포, 즉 아체 유사 세포가 만들어질 수도 있다는 가능성을 확인했습니다.

[기자]
도마뱀의 아체 세포와 유사한 기능을 하는 그런 세포를 인공적으로 만들었다는 얘기잖아요. 그걸 만드는데 직접교차분화란 기술이 이용이 됐는데 이 기술이 어떤 기술인지 설명 좀 해주시죠.

[인터뷰]
직접교차분화기술은 실제로는 세포의 운명을 전환하는 기술 중에 하나인데요. 이러한 세포 운명을 전환하는 기술 중에 가장 대표적인 기술 중에 하나가 유도만능줄기세포 기술 입니다.유도만능줄기세포 기술은 환자의 피부세포를 배아줄기세포와 같은 만능줄기세포로 만드는 기술입니다. 재생의학적으로 획기적인 기술이기 때문에 2012년에 노벨상이 수여됐습니다.

그런데 유도만능줄기세포는 종양을 유발할 수 있습니다. 그래서 새롭게 개발된 기술이 직접교차분화 기술입니다.직접교차분화 기술은 환자의 피부세포를 우리가 원하는 세포로 분화할 수 있습니다.이 과정에서 유도만능줄기세포 단계를 거치지 않는다는 것이 큰 차이점입니다. 현재까지 직접교차분화 기술을 통해서 신경 줄기세포, 심근 세포, 혈관 세포, 간세포 등 다양한 세포를 만들 수 있다는 것이 증명됐습니다.

[앵커]
직접교차분화 기술에 대한 설명 들었는데요. 이 기자가 현장을 취재하고 왔죠.현장 인터뷰 들어보고 질문 이어가겠습니다.

[기자]
논문에서 이 그림은 유도만능줄기세포와 직접교차분화 기술의 차이점을 보여주는 것 같은데 설명해주시죠?

[인터뷰]
보시는 것처럼 처음에 시작하는 세포에서 유도만능줄기세포로 변하는 과정을 이렇게 볼 수 있어요. 똑같은 세포가 유도만능줄기세포로 가는 과정이 아니라 신경 줄기세포로 가는 과정을 볼 수 있습니다. 두 가지가 서로 나눠 있지만 같은 그림이거든요. 중간 과정까지는 두 가지가 공통됩니다. 이번에 분석한 논문에서 중간과정 세포를 분석한 결과이고, 분석했더니 이 세포가 동물에서 발견되는 아체 세포와 유사하다는 결과를 얻었습니다.

[앵커]
이번 연구성과 어떤 분야에 응용할 수 있는 건지, 자세히 설명해주시죠?

[인터뷰]
두 가지 측면에서 응용분야를 말씀드릴 수 있습니다. 첫째 직접교차분화 기술을 발전시켜서 치료 세포를 더 효율적으로 만들 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 둘째 새로운 재생의학적 치료기술을 개발하는데 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 물론 현재 잘린 손가락을 재생하는 것은 불가능합니다. 하지만 특정 장기나 조직의 재생을 촉진하는 기술은 가능하지 않을까 싶습니다. 그리고 좀 더 나아가면 세포를 이식하지 않고 생체 내에서 재생을 유도하는 방법도 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

[기자]
지금 세포를 이식하지 않고 재생을 직접 유도한다 라고 말씀해주셨잖아요. 예를 들면 어떻게 인간에 적용할 수 있는 건지 조금 풀어서 설명해 주실 수 있을까요?

[인터뷰]
아체세포라는 것이 동물에서 만들어 질 때는 손상된 조직에서 만들어져서 그 손상된 조직에 해당하는 특정한 세포로 인해 변하게 됩니다. 재생을 유도하게 되거든요.그래서 다양한 조직에서 아체세포가 만들어지면 그 조직에 맞게 세포가 변해서 재생을 할 수 있습니다.만약에 저희가 저희 인간에서 아체 유사세포를 간에서 만들어낼 수있다 하면 유도를 하게 되면 간세포, 특이 세포로 변환을 해서 간을 치료를 할 수 있겠고 근육에다 집어 넣으면 손상된 근육을 저희가 다시 만들어 낼 수 있는 그런 가능성이 있을 것 같다라고 저희가 예상을 하고 있습니다.

[기자]
궁극적으로 아체유사세포를 이용해서 세포 치료제를 만들겠다 이렇게 볼 수 있을 것 같은데 파킨슨병 연구도 하고 있잖아요. 어떤 연구고 어떻게 진행 되고 있는 건가요?

[인터뷰]
저희가 파킨슨병 연구에 있어서는 저희가 직접교차기술을 직접 응용을 하는 그런 분야라고 말씀드릴 수 있고 앞에서 말씀 드린 것처럼 A세포를 B세포로 직접 변환를 시키는 것이기 때문에 파킨슨 병에 이식 할 수 있는 세포를 직접교차기술을 이용해서 만들어 낼 수 있는 그런 접근을 하고 있고 저희가 수년 내에 임상에 진입 하는 것을 목표로 해서 연구를 개발하고 있는 중입니다.

[앵커]
그러면 상용화까지는 우리가 몇 년 정도 기다리면 될까요?

[인터뷰]
상용화라는 부분은 저희가 임상연구가 다 끝난 후에만 가능하여 몇 년이 지난 후에 임상연구가 들어가면 상용화가 들어가기 때문에 실제로는 꽤 오랜 시간이 남아있다고 보고 있습니다.

[기자]
궁금한 게 도마뱀의 재생 능력 인간도 그런 것을 갖출 수 있을까 이런 것에 대해서는 어떻게 답변할 수 있을까요?

[인터뷰]
저희가 포유류에서는 아체세포가 없을 것이라고 생각했었는데 근데 저희 연구결과를 보면 아체 유사세포를 저희가 유도할 수 있다 그런 가능성을 찾아 그러면 포유류나 인간에서 어떻게 아체세포를 유도 할 수 있을지 연구를 목표를 두고 있습니다. 만약에 간에서 아체세포를 유도할 수 있다면 간 재생을 원활하게 할 수 있는 가능성이생길 것 같습니다.

[앵커]
마지막 질문이 될 것 같은데 신진 연구자를 위한 제언이 있다면 박사님께서 평소에 생각 하셨던 말씀이 있을 것 같거든요. 한 말씀 해주시죠?

[인터뷰]
만능성 인자를 이용한 직접교차분화 과정이 동물의 재생과 아체 세포 생성과정과 유사할 수 있겠다는 아이디어는 이미 10여 년 전에 생각했습니다. 이를 확인하고 논문을 출판하기까지 예상보다 많은 시간이 걸려서 아쉬운 부분이 있습니다.연구의 중반 이후부터 생명연 이정수 박사팀과 포항공대의 김종경 교수팀과 공동연구를 진행했습니다. 각각 제브라피시 모델을 활용한 분석과 방대한 단일 세포 유전체의 생물정보학적 분석을 할 수 있어서 여러 가지 문제를 해결하고 연구에 속도를 낼 수 있었습니다.

저희 경험처럼 최근 생물학적 연구개발은 공동연구가 필수적이라고 생각됩니다. 공동연구가 잘 이루어지려면 우선 자신의 전문성을 뚜렷하게 키워가는 것이 필요합니다. 그리고 스스로가 공동연구에 적합한, 협력하기 좋은 파트너가 되려고 노력하는 것이 필요하다고 생각합니다. 이런 좋은 협력관계 속에서 혼자가 아니라 함께, 좋은 성과를 빠르게 만들어 갈 수 있을 것으로 기대합니다.

[앵커]
네, 아마 이번 연구가 미래 재생의학분야에 새로운 가능성을 연 계기가 되지 않았나 싶습니다. 한국생명공학연구원 김장환 책임연구원, 그리고 이성규 기자와 함께했습니다. 고맙습니다.

YTN 사이언스 이성규 (sklee95@ytn.co.kr)