과학자들은 킬리피쉬의 지느러미 재생에 도움이 되는 중요한 구성 요소를 발견했습니다.

사지 절단이나 척수 손상과 같은 자발적인 부상은 인간이 치료할 수 없습니다. 그러나 일부 동물은 부상 후 재생하는 놀라운 능력을 가지고 있으며, 이 반응에는 정확한 일련의 세포 사건이 필요합니다. 이제 Stowers Institute for Medical Research의 새로운 연구에서 재생을 조절하는 데 관여하는 중요한 타이밍 요인(특히 세포가 부상에 얼마나 오랫동안 적극적으로 반응하는지)이 밝혀졌습니다.

2024년 9월 20일 iScience 에 발표된 최근 연구에서는 생물체가 부상 후 얼마나 많은 조직이 손실되었는지 정확히 어떻게 아는지 이해하고자 했습니다. Stowers 사장 겸 최고 과학 책임자인 Alejandro Sánchez Alvarado 박사의 연구실에서 전 박사 전 연구원인 Augusto Ortega Granillo 박사가 이끄는 팀은 아프리카 킬리피쉬가 손상 후 꼬리 지느러미를 제대로 재생하는 방법을 조사했습니다. 재생 중 조직 역학을 분석한 결과, 참여하는 세포 수와 위치와 같은 알려진 요인 외에도 세포가 복구 프로세스에 참여하는 시간도 중요하다는 것을 발견했습니다.

"재생의 가장 큰 미해결 미스터리 중 하나는 유기체가 부상 후 무엇이 손실되었는지 어떻게 아는가입니다."라고 산체스 알바라도가 말했습니다. "본질적으로 이 연구는 재생 방정식의 새로운 변수를 지적합니다. 조직이 재생 반응을 시작할 수 있는 속도와 시간을 조절할 수 있다면, 일반적으로 재생 반응을 일으키지 않는 조직의 재생 반응을 활성화하고 아마도 연장할 수 있는 치료법을 고안하는 데 도움이 될 수 있습니다."

킬리피쉬 꼬리 부상 직후, 남은 조직은 얼마나 많은 손상이 발생했는지 알아야 합니다. 그런 다음, 이 조직은 적절한 수의 수리 세포를 적절한 시간 동안 부상 부위에 투입해야 합니다. 손상 감지, 수리 세포 모집, 타이밍은 어떻게든 함께 작동하여 꼬리를 다시 자라게 해야 합니다.

"꼬리와 같이 사지를 재생할 수 있는 동물이 아주 작은 부분만 잃으면, 어떻게 꼬리 전체를 재생하는 것이 아니라 없어진 부분만 재생해야 한다는 것을 알 수 있을까?" 산체스 알바라도가 말했습니다. 이 의문을 해결하기 위해 연구팀은 킬리피쉬 꼬리 지느러미의 여러 부상 위치를 조사했습니다.

그들은 부상 근처와 멀리 떨어져 있고 부상이 없는 부위의 피부 세포가 유전 프로그램을 시작하여 전체 동물이 수리 반응을 준비하도록 준비시킨다는 것을 발견했습니다. 그런 다음 부상 부위의 피부 세포가 이 반응을 유지하고 일시적으로 상태를 변경하여 세포외 기질이라고 하는 주변 물질을 수정합니다. 오르테가 그라닐로는 이 기질을 손상된 조직에서 분비된 신호를 흡수하여 수리 세포가 작동하도록 안내하는 스펀지에 비유합니다. 신호를 받지 못하거나 올바르게 해석하지 못하면 재생 과정이 꼬리의 원래 모양과 크기를 회복하지 못할 수 있습니다.

"우리는 부상 후 24시간과 세포외 기질에서 일시적인 세포 상태가 지느러미 조직에서 작용하는 시기와 장소를 매우 명확하게 정의했습니다." 오르테가 그라닐로가 말했습니다. "언제, 어디를 살펴봐야 할지 아는 것은 유전적 혼란을 일으키고 재생 중에 이러한 세포 상태의 기능을 더 잘 이해할 수 있게 해주었습니다."

연구자들은 이러한 독특한 세포 상태가 수리 과정 동안 세포 외 기질(세포를 둘러싼 지지 구조)에 정보를 전달하는지 조사하기 위해 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 사용했습니다. 그들은 재생 반응의 시작에서 활성화되는 것을 관찰했기 때문에 세포 외 기질을 수정하는 것으로 알려진 유전자를 특별히 표적으로 삼았습니다. 이 유전자의 기능을 방해함으로써 연구팀은 재생 중에 세포에서 기질로 정보를 전달하는 역할을 결정하고자 했습니다.

"이 변형된 동물들은 더 이상 얼마나 많은 조직이 손실되었는지 알지 못합니다." 오르테가 그라닐로가 말했다. "그들은 여전히 ​​재생했지만 조직 성장 속도가 부족했습니다. 이는 세포 외 공간을 변화시킴으로써 피부 세포가 조직에 얼마나 많은 조직이 손실되었는지, 그리고 얼마나 빨리 성장해야 하는지 알려준다는 것을 말해줍니다."

실제로, 유전자 변형 킬리피쉬에서 재생되는 조직의 속도와 양은 꼬리 부상이 경미하든 심각하든 관계없이 증가했습니다. 이 발견은 기질을 수정하는 세포 상태가 재생적 재성장을 증가시킬 가능성을 열어줍니다. 세포 상태를 조정할 수 있다면, 더 강력한 재생 반응을 자극하는 방법이 될 수 있습니다.

진화적 관점에서 어떤 유기체는 재생에 뛰어난 반면, 인간과 같은 다른 유기체는 재생 능력이 제한적인 이유를 이해하는 것은 재생 생물학 분야의 원동력입니다. 연구자들은 재생 능력이 높은 유기체에서 일반 원리를 식별함으로써 이러한 통찰력을 잠재적으로 적용하여 인간의 재생을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 이 비교 접근 방식은 재생의 진화적 측면을 밝혀낼 뿐만 아니라 재생 의학에서 새로운 치료 전략을 개발하는 데도 희망을 줍니다.

"저희의 목표는 조직을 형성하고 성장시키는 방법을 이해하는 것입니다." 오르테가 그라닐로는 말했다. "부상이나 장기 기능 부전을 겪은 사람들의 경우, 재생 요법은 질병 중이나 부상 후에 손상된 기능을 회복할 수 있습니다."

추가 저자로는 다니엘 자모라, 로버트 슈니트커, 앨리슨 스콧, 알레시아 스플루가, 조나단 러셀, 캐롤린 브루스터, 에릭 로스, 다니엘 아쳄퐁, 닝 장 박사, 케빈 페로 박사, 제이슨 모리슨, 보리스 루빈스타인 박사, 아노자 페레라, 웨이 왕 박사가 있습니다.

이 연구는 스토워스 의학연구소와 하워드 휴즈 의학연구소의 기관 지원으로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240926131936.htm