< 일러스트 OpenAI의 DALL·E 제공 >
[객원 에디터 11기 / 이소윤 기자] 사람은 심장이 손상되었을 때 이를 다시 재생시킬 수 없다. 대신, 심장의 상처에 섬유화가 일어나 흉터 조직이 형성되고, 오히려 심장은 더 딱딱해져 심부전 위험을 증가시킨다. 반면에 제브라피쉬는 심근세포와 혈관을 형성하고 흉터 조직을 점차 제거하며 심장을 거의 완전히 재생시킬 수 있는 능력을 가지고 있다. 이 재생 메커니즘을 이해하기 위해 하버드 의대 연구진은 그 과정을 처음으로 장기 전체 수준에서 지도화해 시공간 세포 아틀라스를 구축했다.
연구진은 손상 이후 심장 전체의 세포와 유전자 변화를 추적해 지도처럼 기록했다. 이를 위해 특히 단일세포 RNA 시퀀싱과 시간에 따른 변화를 추적하는 방법이 사용됐다. 단일세포 RNA 시퀀싱은 각 세포에서 어떤 유전자가 활성화되었는지 알려준다. 시간에 따른 변화 추적은 어떤 세포가 언제 등장하는지, 또는 세포들이 심장의 어느 위치에서 상호 작용하는지를 밝혀준다. 두 기술을 함께 사용함으로써 연구진은 심장 재생 과정을 시간의 흐름에 따라 입체적으로 분석할 수 있다.
제브라피쉬의 심장 재생 과정을 살펴봤을 때, 손상 직후에는 면역 세포가 모이면서 죽은 세포와 찌꺼기가 제거되고 주변 조직들이 반응하는 것으로 파악되었다. 이후에는 남아 있는 심근세포가 일시적으로 더 미성숙한 상태로 되돌아가는 탈분화 과정을 거친다. 이는 세포가 심장세포의 정체성은 유지한 채 증식 능력만 회복하게 한다. 이렇게 생성된 심근세포들은 나중에 손상된 부위로 이동해 조직을 메꾸고, 다시 성숙한 세포로 분화해 정상적인 심장 기능을 회복시킨다.
기존 연구들이 특정 세포나 특정 시점에서의 재생 능력만을 파악했던 것과는 달리, 이번 연구는 장기 전체를 대상으로 재생되는 전 과정과 위치까지 모두 고려한다는 점에서 무척 의미가 있다. 이는 개별 세포가 재생 능력의 핵심이라기보다는, 세포들이 서로 상호작용하며 상태를 변화시키고 증식을 유도해 재생을 돕는다는 것을 알려준다.
이번 연구가 장기 재생에 큰 영향을 줄 가능성이 있는 것은 맞지만, 이 메커니즘을 인간에게 적용할 수 있다는 의미는 아니다. 그러나 어떤 세포와 유전자들이 심장 재생 능력의 발현에 어떤 영향을 끼치는지를 이해함에 따라, 이러한 재생 능력을 활용하는 데 중요한 단서를 제공한다.
