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치아 속에서 발견된 `줄기세포 공장`

신체조직의 발생 과정은 일반적으로 일방통행으로 설명된다. 즉, 줄기세포는 심근세포나 뉴런과 같은 특정 세포로 분화한다. 그러나 때로는 역주행이 일어나는 수도 있다. 이와 관련하여, 과학자들은 인체의 특정 장소에서 신경계 세포가 줄기세포로 전환된다는 사실을 발견했다. 여기서 특정 장소란 - 놀랍게도 치아 내부를 의미한다. 이는 과학자들이 치료용 인간 조직을 배양하거나, 배아 없이 발생 과정을 연구하는 데 도움을 줄 것으로 보인다. 

"이번 연구결과는 치과학 분야를 넘어, 광범위한 분야의 연구자들에게 시사하는 바가 많다. 치아 속에서 발견된 줄기세포는 연골과 뼈를 재생하는 데도 사용될 수 있을 것으로 보인다"고 이번 연구를 지휘한 스웨덴 카롤린스카 연구소의 이고르 아다메이코 박사(발생생물학)는 말했다. 

과학자들은 "치아의 중심부에 있는 치수(tooth pulp)가 소량의 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells)를 보유하고 있다"는 사실을 이미 알고 있었다. (중간엽 줄기세포란 치아, 뼈, 연골로 분화할 수 있는 줄기세포를 말한다.) 그러나 "치수에 존재하는 중간엽 줄기세포가 어디에서 유래하는지"를 밝혀낸 과학자들은 지금껏 한 명도 없었다. 이에 아다메이코 박사는 "만일 중간엽 줄기세포의 발달과정을 추적할 수 있다면, 실험실에서 그 과정을 재현함으로써 조직 재생을 위한 줄기세포 배양방법을 개발할 수 있지 않을까?"라고 추론했다. 

아다메이코 박사가 이끄는 연구진은 오래 전부터 아교세포(glial cells: 입과 잇몸의 신경을 지지하고 감쌈으로써, 치아의 통증이 뇌에 전달되도록 도와주는 세포)를 연구해 왔다. 연구진은 마우스의 아교세포에 형광라벨을 부착하고, 어떻게 거동하는지를 지켜봤다. 그런데 시간이 경과함에 따라, 아교세포 중 일부가 잇몸의 뉴런으로부터 벗어나 치아 안쪽으로 이동하는 것이 아닌가! 더욱 놀라운 것은, 치아 안쪽으로 이동한 아교세포가 중간엽 줄기세포로 전환된 후, 종국에는 치아세포(상아질모세포)로 성숙하는 것으로 밝혀졌다는 것이다. 연구진은 이상의 연구결과를 정리하여, 지난주 Nature에 기고했다. 

"이번 연구결과가 발표되기 전까지만 해도, `신경계 세포는 유연한 줄기세포 상태로 되돌아갈 수 없다`는 것이 학계의 통설이었다. 그러므로 아교세포가 중간엽 줄기세포로 역분화했다는 것은 놀라운 일"이라고 연구진은 말했다. "치과학계의 전문가들 중 상당수는 `한 종류의 세포가 다른 종류의 세포로 전환될 수 없다`고 확신해 왔다. 그러나 우리의 연구결과에 의하면, 아교세포는 줄기세포가 될 수 있는 능력을 갖고 있는 것이 분명하다. 만일 치수 속에서 아교세포를 중간엽 줄기세포로 전환시키는 화학적 신호(chemical cues)가 무엇인지를 밝혀낼 수 있다면, 실험실에서 줄기세포를 배양하는 새 방법을 개발할 수 있을 것으로 보인다"고 연구진은 설명했다. 

치아의 중간엽 줄기세포는 치수세포와 상아질모세포(odontoblasts)를 형성하는 것으로 알려져 있다. 지난 수십 년 동안 치아의 중간엽 줄기세포는 신경능선의 외배엽성 중간엽(neural crest ectomesenchyme)에서 유래하는 것으로 생각되어 왔다. 그러나 이번 연구에 의하면, 치아의 발생/자기갱신/복구 과정에서 말초신경 관련 아교세포(peripheral nerve-associated glia)가 상당수의 중간엽 줄기세포를 생성하는 것으로 보인다. 아교세포는 다능성 중간엽 줄기세포를 생성하고, 중간엽 줄기세포는 치수와 상아질모세포를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 이번 연구는 형광기법을 이용하여 말초 아교세포를 추적함으로써, 치아의 발생/성장 과정을 역동적으로 이해하는 기틀을 마련한 것으로 평가된다. 

"이번 연구는 중간엽 줄기세포의 기원에 관한 기존의 통념을 뒤집었다는 점에서 매우 흥미롭다"고 UCSF의 오피어 클라인 교수(발생생물학)는 말했다. (클라인 교수는 이번 연구에 관여하지 않았다.) "그러나 이번 연구는 인체의 다양한 세포집단 간의 상호작용을 이해하는 첫 걸음에 불과하다는 것을 명심해야 한다. `중간엽 줄기세포가 어디에서 오는가?`라는 의문에 대한 확답을 내리기 전에, 다른 연구방법을 통해 이번 연구결과를 재현해 볼 필요가 있다. 만일 후속연구를 통해 이번 연구결과가 확인된다면, 이번 연구는 새로운 줄기세포의 원천을 제공한 것으로, 학문적·임상적 의의가 매우 크다고 할 수 있다"고 클라인 교수는 덧붙였다. 

※ 원문정보: Igor Adameyko et al., "Glial origin of mesenchymal stem cells in a tooth model system", Nature (2014) doi:10.1038/nature13536 

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