美 연구팀 "척수손상·루게릭병 등 치료용 신경세포 대량 생산 기대"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 척수 손상이나 루게릭병(ALS)처럼 운동 능력을 떨어뜨리는 질환 세포 치료에 사용될 수 있는 신경세포(뉴런)를 피부세포로부터 직접 높은 수율로 만들 수 있는 세포 분화 기술이 개발됐다.
미국 매사추세츠공대(MIT) 케이티 갤러웨이 교수팀은 17일 과학 저널 셀 시스템스(Cell Systems)에 발표한 논문 2편에서 생쥐 세포를 사용해 유도만능줄기세포(iPSC)를 거치지 않고 피부세포 1개를 신경세포(뉴런) 10개로 전환하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 이 기술은 줄기세포 단계를 우회해 피부 세포를 직접 뉴런으로 전환하는 단순화된 프로세스라며 이 방법을 인간 세포에 적용하면 대량의 운동 뉴런을 생산, 척수 손상이나 운동 장애 질환 치료에 사용할 수 있을 것이라고 말했다.
유도만능줄기세포는 20여년 전 일본 교토대 야마나카 신야 교수가 피부세포에 전사인자 4개를 전달해 만능 줄기세포가 되게 유도한 것으로, 배아줄기세포처럼 많은 세포 유형으로 분화할 수 있다. 하지만 iPSC 유도와 세포 전환에는 몇 주의 시간이 걸리고 많은 세포가 성숙한 세포 유형으로 전환되지 않는 문제가 있다.
갤러웨이 교수는 "성숙한 세포를 iPSC로 되돌리는 재프로그래밍(reprogramming)의 어려움 중 하나는 종종 세포가 중간 상태에 갇히는 것"이라며 "이 연구에서는 직접 변환을 사용해 중간 단계를 거치지 않고 체세포를 운동 뉴런으로 바로 바꾸는 방법을 모색했다"고 말했다.
연구팀은 이전 연구에서 전사인자 6개와 세포 증식 촉진 단백질 두 개를 조합해 피부세포를 직접 운동 뉴런으로 전환하는 데 성공했지만 수율이 1% 미만으로 매우 낮았다. 유전자 8개를 별도 바이러스로 전달해 각 유전자가 각 세포에서 정확한 수준으로 발현되기 어려웠기 때문이다.
이들은 먼저 생쥐 피부세포로 6개의 전사 인자로 시작해 뉴런으로 전환하는 데 필요한 유전자 조합을 3개(NGN2, ISL1, LHX3)로 줄이고, 이를 하나의 변형 바이러스로 전달, 각 세포가 정확한 수준에서 각 유전자를 발현하도록 했다.
또 세포를 증식시키는 유전자 두 개(p53DD와 HRAS 변이)를 전달, 피부세포가 뉴런으로 전환되기 전 여러 번 분열하게 유도해 뉴런 수율을 1천100%로 높였다.
두 번째 논문에서는 유전자 조합을 세포에 전달하는 최적의 바이러스 시스템을 탐색, 레트로바이러스가 가장 효율적인 전환율을 유도한다는 것으로 발견하고 이를 통해 약 2주 만에 1천% 이상의 수율을 달성하는 데 성공했다.
이어 보스턴대 연구팀과 공동으로 생산된 운동 신경세포를 운동 제어 등에 관여하는 생쥐 뇌 부위인 선조체(striatum)에 이식, 2주 후 많은 뉴런이 살아남아 다른 뇌세포와 연결을 형성하는 것을 확인했다.
연구팀은 앞으로 이 뉴런을 척수에 이식하는 연구를 할 계획이며, 인간 세포 전환 효율성을 높여 척수 손상이나 루게릭병처럼 운동 능력에 영향을 미치는 질환 치료에 사용할 뉴런을 대량 생산할 수 있기를 바란다고 밝혔다.
갤러웨이 교수는 "현재 루게릭병 치료를 위해 iPSC에서 추출한 뉴런을 사용하는 임상시험이 진행 중"이라며 "이런 치료에 사용할 수 있는 세포 수를 늘리면 더 광범위하게 사용하기 위한 테스트와 개발이 더 쉬워질 것"이라고 말했다.
◆ 출처 : Cell Systems, Katie Galloway et al., 'Proliferation history and transcription factor levels drive direct conversion to motor neurons', http://dx.doi.org/10.1016/j.cels.2025.101205
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