우리 연구진이 세포 상태를 선택적으로 되돌리거나 제어할 수 있는 '범용 제어 기술'을 제시했다. 암·노화에 고통받는 사람의 운명을 되돌릴 수 있는 길을 열었다. 이 기술은 세포 분화, 재생의학, 암의 악성화와 전이 억제 등 다양한 생명현상에 폭넓게 적용될 전망이다.
한국과학기술원(KAIST·총장 배충식)은 조광현 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 세포 내 분자 네트워크에서 일어난 상태 변화를 되돌리지 못하게 막는 핵심 회로를 규명하고, 세포를 이전 상태로 되돌릴 제어 기술 '루트(ROOT)'를 개발했다고 21일 밝혔다.
우리 몸 세포는 외부 자극에 반응해 성질·기능을 변화시키는데 자극이 사라져도 변화된 상태가 유지되는 경우를 '비가역성'이라고 한다.
이런 비가역성은 생명현상 유지에 필수지만, 암세포가 주변 조직으로 이동·침투하는 성질을 갖게 되는 '상피-간엽 전이(EMT)'처럼 질병 촉진 원인이 되기도 한다.
세포 안에 이런 상태 변화를 유지시키는 회로는 매우 복잡하게 얽혀 있어, 어떤 것이 실제 세포를 '돌아올 수 없는 상태'로 만드는지 가려내는 것은 어려웠다.
연구팀 개발한 루트는 세포 내 분자들이 서로 영향을 주고받는 관계를 컴퓨터 논리 모델로 구현하고, 외부 자극이 들어왔다가 사라지는 전 과정을 모사해 '비가역성 커널'을 찾아냈다. 세포가 원래 상태로 돌아오지 않는 원인, '분자적 잠금장치'를 찾아낸 것이다.
연구팀은 이를 이용해 세포 상태를 되돌리는 두 가지 제어 방법도 제시했다.
첫 번째 '리셋 제어'는 세포의 비가역적인 성질 자체는 그대로 두면서 현재의 세포만 변화 이전 상태로 되돌리는 방법이다. 두 번째 '역전 제어'는 비가역성을 만드는 원인 자체를 제거해 세포가 서로 다른 상태 사이를 보다 자유롭게 오갈 수 있도록 하는 방법이다.
연구팀은 개발한 기술을 B세포 분화와 폐암의 상피-간엽 전이, 단일세포 전사체 데이터를 기반으로 한 장세포 및 베타세포 분화 등 다양한 생물학적 모델에 적용했다. 그 결과 기존 연구에서 알려진 세포의 상태와 분화를 결정하는 주요 인자들과 일치하는 원인 회로를 정확하게 찾아냈다.
조광현 교수는 “이번 연구는 한번 변하면 되돌아가지 않는 세포의 원인 회로를 찾아내고, 이를 제어해 세포를 이전 상태로 되돌릴 수 있는 기술을 개발한 것이 핵심”이라며 “향후 암과 노화 등에서 비정상적으로 굳어진 세포 상태를 정상으로 되돌리는 새로운 치료전략 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구에는 김종완·장성훈 박사가 공동 제1저자로, 이종훈 박사와 코빈 호퍼 박사과정 학생이 공저자로 참여했다. 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인판 18일 자에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
