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[바이오토픽] 췌장의 가소성: 역분화된 알파세포 → 인슐린 생성
의학약학 양병찬 (2019-02-15 09:30)

Reversal of Diabetes by the Endogenous Reprogramming of Alpha Cells into Beta Cell

Reversal of Diabetes by the Endogenous Reprogramming of Alpha Cells into Beta Cell / @ Cell Stem Cell(참고 1)

췌장에 있는 인슐린 생성세포가 파괴되면 당뇨병으로 이어질 수 있다. 그러나 새로운 연구에 따르면, "다른 종류의 췌장세포를 변형시켜, 인슐린 생성세포를 대체하고 혈당수준을 조절할 수 있다"고 한다.

이번 연구는 '역분화된 인슐린 생성세포가 당뇨병의 치료방법으로 사용될 수 있다'는 희망을 품게 하지만, 아직은 생쥐와 인간세포를 이용한 실험에서만 확인된 사항이므로 주의가 요망된다.

2월 13일 《Nature》에 실린 논문에서(참고 2), 연구자들은 "'통상적으로 인슐린을 만들지 않는 인간 췌장세포'의 정체성을 바꿔, 인슐린을 생성하게 만들었다"고 보고했다.

역분화된 세포를 생쥐에게 이식한 결과 당뇨병 증상이 완화되어, 언젠가 인간의 치료법으로 사용될 수 있으리라는 가능성을 제시했다.

"나는 이 방법의 잠재력이 엄청나다고 생각한다"라고 영국 링컨 대학교의 테렌스 허버트(생물학)는 말했다. "그러나 아직은 초기단계이므로, 임상에서 사용되려면 넘어야 할 장애물이 많다."

생쥐의 경우

식사 후 혈당수준이 상승하면, 췌장의 베타세포가 인슐린을 분비함으로서 세포들로 하여금 인슐린을 흡수를 시작하도록 자극하는 것이 상례다. 그러나 당뇨병 환자들의 경우, 이러한 시스템에 장애가 발생하여 혈당이 상승함으로써 신체를 손상시키고 질병을 초래할 수 있다.

1형당뇨병의 경우 면역계가 베타세포를 공격하여 파괴하고, 2형당뇨병의 경우에는 베타세포가 충분한 호르몬을 생성하지 않거나 신체가 인슐린에 저항성을 갖게 된다.

과학자들은 생쥐를 이용한 선행연구에서, "베타세포가 파괴될 경우, 알파세포가 '베타세포를 닮은 세포'로 변하여 인슐린을 생성하기 시작한다"고 보고한 바 있다(참고 3). 이런 알파세포들은 통상적으로 글루카곤이라는 호르몬을 만들며, 췌도세포(또는 랑게스한스 섬세포) 덩어리 속의 베타세포 옆에서 발견된다. 선행연구에서는, "유전자 발현을 제어하는 두 가지 단백질(Pdx1, MafA)이 알파세포를 부추겨 인슐린을 만들게 한다"고 보고했다.

인간의 경우

스위스 제네바 대학교의 페드로 헤레라가 이끄는 연구진은 "인간의 알파세포에서 Pdx1과 MafA를 더 많이 만들 경우, 생쥐와 유사한 효과가 날 수 있을까?"라는 의문을 품었다.

먼저, 그들은 인간의 췌장에서 섬세포를 채취하여, 개별 세포유형들을 분리했다. 그런 다음 알파세포에 Pdx1과 MafA를 코딩하는 DNA를 도입하고, 상이한 세포 유형들을 다시 합체했다.

그리고 일주일 동안 배지에서 배양한 결과, 약 40%의 알파세포들이 인슐린을 생성하는 반면, 대조군 세포(역분화되지 않은 알파세포)들은 인슐린을 생성하지 않는 것으로 나타났다. 또한 역분화된 세포들은, 베타세포와 관련된 다른 유전자들의 발현이 증가한 것으로 타나났다. "그들은 이중인격(hybrid personality)을 보유하고 있다"고 헤레라는 말했다.

마지막으로, 그들은 역분화된 세포 덩어리를 당뇨병 생쥐(베타세포가 파괴된 생쥐)에게 이식했다. 그랬더니 그 생쥐들의 혈당이 정상을 회복하는 것으로 나타났다. 반면에 연구진이 세포이식편(cell graft)을 제거하자, 생쥐의 혈당은 다시 급상승했다.
 

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정체성 바꾸기

"만약 인간 당뇨병 환자의 경우에도 알파세포나 다른 종류의 섬세포가 이런 식으로 인슐린을 생성할 수 있다면, 환자들의 삶의 질이 상당히 증가할 것이다"라고 헤레라는 말했다. "나의 꿈은 알파세포의 정체성을 바꾸는 약물을 개발하는 것이다."

그러나 헤레라는, 이번 연구결과가 임상에 응용되려면 갈 길이 멀다는 점을 인정했다. "첫째로, 알파세포가 '베타세포를 닮은 세포'로 바뀔 때, 분자수준에서 무슨 일이 일어나는지를 밝혀야 한다"고 그는 말했다.

다른 연구팀들도 췌장에서 새로운 인슐린 생성세포를 만들려고 노력하고 있다. 예컨대 어떤 연구팀은 줄기세포에서 베타세포를 만들려고 노력해 왔다. 그러나 1형당뇨병의 경우, 면역계가 베타세포를 파괴하므로 그런 전략에 도전을 제기한다.

"헤레라 팀은 자신들이 만든 하이브리드 세포가 면역계의 공격을 덜 야기한다는 증거를 일부 제시했다"고 허버트는 말했다. "이는 그들의 방법(역분화 접근방법)이 줄기세포 접근방법보다 실현가능성이 높다는 것을 시사한다."

"그러나 강력한 증거를 제시할 수 있을 때까지, 헤레라 팀은 하이브리드 세포를 1형당뇨병의 항체에 노출시켜 면역반응을 체크해야 한다"라고 허버트는 덧붙였다.

췌장의 가소성

임페리얼 칼리지 런던(ICL)의 이네스 세볼라(섬세포 생물학)는, '췌장세포가 완전한 베타세포가 되지 않고서도 인슐린을 생성할 수 있다'는 데 흥미를 느끼고 있다. "그건 굉장히 매력적이다."

스페인 바르셀로나 소재 유전체규제센터(Centre de Regulació Genòmica)의 디에고 발로바 알론소(섬세포 생물학)도 세볼라와 같은 입장이다. "이번 연구는, 인간 췌장 호르몬 시스템의 가소성이 상상했던 것 이상으로 높다는 것을 의미한다. 나는 이번 연구가 '췌장의 가소성'을 증명한 아름다운 연구라고 생각한다"라고 그는 말했다.

※ 참고문헌

1. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(17)30513-1
2. Furuyama, K. et al. Nature (2019); https://doi.org/10.1038/s41586-019-0942-8
3. https://doi.org/10.1038%2Fnature08894

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-00578-z

 

오늘도 우리 몸은 싸우고 있다

 

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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...
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