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[바이오토픽] 대식세포, 정상적인 심장박동에 필수적
생명과학 양병찬 (2017-04-21 09:25)

A rendering of macrophages engulfing and digesting cellular debris and pathogens
A rendering of macrophages engulfing and digesting cellular debris and pathogens/  © https://hms.harvard.edu/

대식세포(macrophage)라는 면역세포는 우리의 체내에서 하는 일이 매우 많다. 그들은 세균으로부터 인체를 보호해주고 상처를 치유해줄 뿐만 아니라, 그 밖의 중요한 임무를 많이 수행한다. 그런데 새로 발표된 놀라운 연구에 의하면, 대식세포가 정상적인 심장박동에도 필수적이라고 한다. 어쩌면 대식세포가 부정맥(arrhythmia) 등의 주요 표적으로 떠오를지도 모른다.

"이번 연구는 시종일관 신중함을 유지했다. 대식세포는 심장에서 중요한 역할을 수행하는 게 분명해 보인다"라고 인디애나 의과대학의 더글러스 자이프스 박사(심장전기생리학)는 논평했다.

심장박동은 심장의 페이스메이커인 동방결절(sinoatrial node)이라는 구조체가 일으킨 전기충격이 심방(atria) 전체에 퍼져나가면서 시작된다. 그러나 전기신호가 심실(ventricle)에 도달하려면 약간의 도움이 필요하다. 즉, 방실결절(AV node: atrioventricular node)이라는 또 하나의 구조체가 전기충격을 심실에 전달함으로써 심실수축을 허용해야 한다. 그런데 연구자들은 지금까지 대식세포가 이 과정에 관여하지 않는다고 생각해 왔다.

그러나 대식세포는 심장에서 널리 발견된다. 이에 하버드 의과대학의 마티아스 나렌도르프 박사(세포생물학)가 이끄는 연구진은 대식세포가 심장에서 수행하는 역할을 확인해 보기로 결정했다. 연구진이 대식세포가 결핍된 마우스를 조사하기 시작할 때, 한 테크니션이 심장의 전기리듬(electrical rhythm)에 이상이 있는 것을 발견했다. "대식세포가 결핍된 마우스는 방실차단(AV block)이 발생하여, 방실결절이 제기능(심방에서 온 전기신호를 심실에 전달함)을 수행하지 못하는 것처럼 보였다"라고 나렌도르프 박사는 회고했다.

연구진은 다음으로, 마우스와 인간의 심장의 방실결절에 대식세포가 흔히 존재하는 것을 확인했다. 그런데 방실결절에는 심근세포도 많이 포함되어 있어, '이제 수축하라'는 신호를 전달할 수 있는 채비를 갖추고 있다. 연구진은 양자(兩者) 간의 관련성을 알아보기 위해, 대식세포와 심근세포를 배양접시에서 함께 배양해 보았다. 그랬더니 두 가지 세포가 물리적으로 연결되어 전기적으로 동조화(synchronization)되는 게 아닌가! 연구진은 '대식세포가 이러한 상호작용을 통해 심근세포의 점화(點火)를 용이하게 한다'는 가설을 세웠다.

세포를 대상으로 한 연구는 이 정도로 충분하다. 그런데 대식세포가 심장박동에도 똑같은 영향을 미칠 수 있을까? 연구진은 이 의문을 해결하기 위해, GM 마우스(대식세포가 빛에 반응하도록 유전자를 조작한 마우스)의 심장을 적출하여 후속연구에 착수했다. 연구진이 대식세포의 양전하를 점점 더 증가시키자, 이웃한 심근세포의 점화가 촉진되는 것으로 나타났다. 연구진은 심장에 전기자극을 가하여 박동속도를 높인 후, 광케이블 섬유를 이용하여 심장에 빛을 비춤으로써 대식세포를 자극했다. 이 실험에서는 심장이 빠르게 수축하므로, 방실결절이 수축신호를 심실에 전달하지 못할 때 어쩌다 한 번씩 박동이 누락되는 것으로 나타났다. 그런데 빛을 이용하여 대식세포를 자극한 경우에는, 그러지 않은 경우에 비해 누락빈도가 감소하는 것으로 밝혀졌다. "전등의 스위치를 켜면, 대식세포가 활성화되어 방실결절의 기능이 향상되었다"라고 나렌드로프 박사는 말했다. 연구진은 이상의 연구결과를 정리하여, 4월 20일자 《Cell》에 발표했다.

연구진은 다른 두 가지 GM 마우스에서도 방실결절에 결함이 있는 것을 발견했다. 그중 하나는 '대식세포와 심근세포를 연결해주는 단백질'이 없는 것이고, 다른 하나는 '대식세포를 제거하는 단백질'이 없는 것이다. “두 가지 단백질의 순효과(net effect)는 대식세포로 하여금 전기신호를 보다 충실하게 전달하는 것이다"라고 나렌도르프 박사는 말했다.

"이번 연구는 방실결절 생물학에서 대식세포의 중요성을 부각시켰다"라고 네덜란드 암스테르담 대학교의 빈센트 크리스토펄스 박사(발생생물학)는 말했다. "그러나 선행연구에서는 다른 비심근세포(non–heart muscle cell)들, 이를테면 섬유모세포(fibroblast)가 방실결절의 작동에 관여한다고 주장한 바 있다. 그러므로 우리는 대식세포와 다른 세포들 중에서 무엇이 더 중한지 밝힐 필요가 있다"라고 그는 덧붙였다.

그런데 정말로 궁금한 점이 하나 있다. 방실결절에 들어있는 심근세포가 전기자극을 완벽하게 전달할 수 있는데, 굳이 대식세포의 도움을 필요로 하는 이유는 뭘까? 이유야 어찌됐든, 이번 연구결과는 '대식세포가 부정맥 등의 질환에 책임이 있는가?'라는 의문을 제기한다. 만약 대식세포가 부정맥과 관련이 있다면, 대식세포의 거동을 변화시키는 약물을 이용하여 심장박동을 정상으로 되돌릴 수 있을 것으로 보인다. 게다가 대식세포의 거동을 변화시키는 약물들 중 일부는 이미 임상시험에 계류되어 있다.

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2017/04/immune-cells-unexpectedly-help-heart-keep-its-beat





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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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