과학자들은 심장 근육 세포 재생 능력이 부족한 이유를 밝혀냈습니다.

캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스의 줄기세포 연구원들은 성인 심장 근육 세포인 심근세포가 증식 능력을 잃은 이유를 발견했으며, 인간의 심장이 재생 능력이 제한된 이유를 설명할 수 있을 것으로 보인다.

UCLA의 재생 의학 및 줄기 세포 연구 엘리 앤 에디스 브로드 센터의 롭 맥렐란 박사는 세포주와 쥐를 대상으로 실시한 이 연구는 환자의 심장에서 직접 심장 근육 세포를 재프로그램하여 새로운 근육을 만들고 손상을 복구하는 방법을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다.

도롱뇽이나 도롱뇽과 달리 성인 인체는 심장과 같은 손상된 장기를 자연적으로 재생시킬 수 없습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 포유류는 생후 첫 주 이내에 매우 짧은 기간 동안 심장을 재생시킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 그 후에는 이 능력을 잃게 됩니다. 하지만 만약 과거에 심장이 있었다면, 어쩌면 회복될 수 있을지도 모릅니다.

심사평가를 거친 Journal of Cell Biology에 게재된 맥렐런 박사의 연구에 따르면, 심근세포가 증식하고 심장근을 복구할 수 있는 능력을 가졌던 시기로 세포 시계를 재설정할 수 있다고 합니다.

심장학 및 생리학 부교수인 맥렐런 박사는 "도롱뇽을 비롯한 하등 생물은 심근세포를 역분화하거나 더 초기의 원시 상태로 되돌려 세포 주기에 다시 진입하여 새로운 심장 근육을 만들 수 있는 능력을 가지고 있습니다."라고 말합니다. "포유류에서는 이러한 잠재력이 상실됩니다. 만약 우리가 이러한 잠재력을 회복하는 방법을 알고, 성체 심근세포가 증식하지 않는 이유를 안다면, 자연의 고유한 방법을 이용하여 심장을 재생하는 방법을 찾아낼 수 있을 것입니다."

심근세포는 증식을 통해 심장을 형성하는 전구세포(pregenitor cell) 또는 전구세포에서 유래합니다. 심장이 형성되면 심근세포는 미성숙 세포에서 성숙 세포로 변하며, 성숙 세포는 더 이상 번식할 수 없습니다. 도롱뇽과 영원의 경우는 다릅니다. 이들의 심근세포는 미성숙 또는 원시 상태로 되돌아가 다시 증식하고 손상을 복구한 후 성숙 세포로 돌아갈 수 있는 능력을 얻습니다.

맥렐런 박사에 따르면, 인간의 심근세포가 이와 같은 기능을 하지 못하는 이유는 매우 간단합니다. 원시 상태에서 심근세포는 심장의 정상적인 기능에 필수적인 정상적인 수축 능력을 상실하기 때문입니다. 인간은 도롱뇽이나 도롱뇽보다 훨씬 크기 때문에, 최적의 혈압과 정상적인 혈액 순환을 유지하려면 심장이 훨씬 더 효율적이어야 했습니다.

맥렐런은 "최적의 혈압과 혈액 순환을 유지하기 위해 우리는 진화하면서 심장 근육 재생 능력을 포기해야 했습니다."라고 말합니다. "우리는 더 효율적인 심장 근육 세포와 심장을 얻었습니다. 하지만 그것은 대가였습니다."

맥렐런 박사는 세포 주기를 차단하는 단백질의 발현을 일시적으로 억제함으로써 성인 심근세포가 세포 주기로 복귀하도록, 즉 증식하도록 유도할 수 있다고 생각합니다. 이러한 방법은 가역적이어야 하므로, 손상이 회복된 후에는 증식을 담당하는 단백질을 표적으로 삼는 효과가 사라집니다. 그러면 심근세포는 성숙한 세포로 돌아가 회복된 심근의 수축을 돕기 시작합니다. 심근세포를 성숙한 상태로 유지하는 단백질을 제거하기 위해, 맥렐런 박사는 이미 나노입자를 사용하여 심장에 소간섭 RNA(SIM)를 전달하는 방법을 고려하고 있습니다.

심근경색이 발생하면 심장의 일부에 산소가 더 이상 공급되지 않고 심근세포가 사멸하여 흉터 조직으로 대체됩니다. 손상된 심장 부위를 찾는 것은 어렵지 않습니다. 환자 자신의 근세포를 재프로그램하는 방법이 개발된다면, 원하는 단백질의 활성을 조절하고 근세포를 원시 상태로 되돌릴 수 있는 시스템을 손상된 부위에 도입할 수 있습니다. 이를 통해 사멸된 심장 근육을 살아있는 심장 근육으로 대체할 수 있습니다.

"하등 생물의 재생 능력과 이것이 인간에게는 왜 일어나지 않는지에 대한 논의는 오랫동안 이어져 왔습니다. 이 논문은 이러한 현상이 왜 일어나는지 설명하는 최초의 논문입니다."라고 맥렐런 교수는 자신의 연구에 대해 논평했습니다.

인간 배아줄기세포(hESC) 또는 재프로그래밍된 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용하여 심장을 재생하는 것에 대한 논의가 활발히 진행되어 왔습니다. 그러나 재생의 정도와 그 효과가 얼마나 중요한지는 아직 알려지지 않았습니다.

"제 생각에는 이것이 줄기세포를 사용하지 않고도 심장 근육을 재생하는 잠재적인 메커니즘입니다."라고 맥렐런 박사는 말합니다. "이 경우, 각 개인은 자신의 재생을 위한 세포의 원천이 될 것입니다."

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]