줄기세포가 많은 양의 비타민 C 흡수하여 기능 조절하다

줄기세포의 물질대사에 대해 알려진 것이 별로 없었는데, 최근에 텍사스 대학교 사우스웨스턴 의료센터의 아동 의료센터 연구소가 연구를 통해 줄기세포가 현저하게 많은 비타민 C를 흡수하고 그 비타민 C가 줄기세포의 기능을 조절해서 백혈병 발생을 억제하는 것을 발견했다.

우리는 아스코르브산염, 즉 비타민 C의 수치가 낮은 사람들에게 암 발생 위험이 증가하는 것을 얼마 전부터 알고 있었지만 왜 그런지 그 이유는 완전히 알지 못했다고 아동 의료센터 연구소 소장인 신 모리슨 박사가 말했다. 이번 연구가 최소한 혈액형성계에 대해 그 이유를 부분적으로 설명해주고 있다고 그는 덧붙여 말했다.

인체의 개별적인 조직에는 줄기세포가 드문데 물질대사 분석을 하려면 많은 줄기세포가 필요하기 때문에 지금까지는 줄기세포의 물질대사를 연구하기가 어려웠다. 이번 연구 중에 개발한 기술이 줄기세포 같은 희소한 세포집단의 대사산물 수치를 연구가들이 일상적으로 측정할 수 있게 해주었다. 그 기술 덕분에 연구진은 골수 내의 혈액형성 세포는 모든 종류가 각각 개별적인 방법으로 영양소를 흡수해서 사용하는 것을 발견할 수가 있었다.

줄기세포의 주요한 대사 특징 중 하나가 엄청나게 많은 양의 아스코르브산염을 흡수하는 것이다. 줄기세포의 기능에 아스코르브산염이 중요한지 알아보기 위해 연구진은 인간을 제외한 대부분의 포유동물이 스스로 아스코르브산염을 합성해내기 위해 사용하는 핵심적인 효소인 굴로노락톤 산화제(Gulo)라는 효소가 결핍된 실험동물을 이용했다.

이 효소가 결핍된 실험동물은 사람이 그렇게 하는 것처럼 순전히 먹이를 통해 아스코르브산염을 섭취해야만 한다. 아동 의료센터 연구소의 연구진은 실험동물의 아스코르브산염 섭취를 철저히 통제해서 건강한 사람의 약 5%에서 나타나는 아스코르브산염 수치와 같도록 만들었다. 그런 수치에서는 아스코르브산염이 고갈되면 줄기세포가 기능을 상실하게 될 것으로 연구진은 예상했다. 그러나 오히려 그 반대인 것을 발견하고 연구진은 놀랐다. 즉 줄기세포들이 실제로는 기능을 회복했기 때문이었다. 그런데 그런 이득은 백혈병 발생 증가라는 대가를 수반했다.

줄기세포 비타민 C 충분히 공급받지 못하면 백혈병 발생 위험 높아져
DNA에 생기는 특정한 화학적 변형은 후성유전체의 일부인데, 줄기세포가 아스코르브산염을 사용해서 그런 특정한 화학적 변형의 다과를 조절한다고 이번 연구의 주저자로 아동 의료센터 연구소의 보조강사인 미칼리스 아가토클레우스 박사가 말했다. 그는 계속해서 이렇게 설명했다.
“후성유전체는 세포 속에 있는 일련의 메커니즘으로, 어떤 유전자를 켜거나 꺼야 할지를 조절한다. 그러니 줄기세포가 비타민 C를 충분히 공급받지 못하면 후성유전체가 손상되어 줄기세포 기능을 높여주면서 백혈병 발생 위험도 높여버릴 수가 있다.”

이렇게 백혈병 발생 위험이 높아지는 것은 부분적으로는 아스코르브산염이 Tet2라는 효소에 어떻게 영향을 미치는지와 관계가 있는 것으로 이번 연구에서 드러났다. Tet2를 비활성화 시키는 돌연변이가 백혈병 생성의 초기 단계이다. 아동 의료센터 연구소의 과학자들은 아스코르브산염 고갈이 조직 내의 Tet2 기능을 제한해서 백혈병 발생 위험을 높일 수 있는 것을 밝혔다.

이런 발견들은 클론성 조혈증이란 흔한 전암성 질환을 갖고 있는 나이 든 환자들에게 의미가 있다. 이 질환은 환자가 백혈병이나 여타 질병에 걸릴 위험을 높이지만, 그런 질환을 갖고 있는 환자들에게 왜 백혈병이 생기는지는 제대로 밝혀지지 않았다. 이번 연구에서 발견된 것이 답변을 제공할는지도 모른다.

모리슨 박사는 다음과 같이 설명했다.
“클론성 조혈증을 갖고 있는 환자들에게 가장 흔한 돌연변이 중 하나가 Tet2의 사본 1개를 상실하는 것이다. 이번 연구결과는 클론성 조혈증과 Tet2 돌연변이를 갖고 있는 환자들은 하루에 필요한 비타민 C 요구량을 100% 섭취할 수 있도록 특별히 신경을 써야만 할 것을 시사하고 있다. 그런 환자들은 정상적인 Tet2 사본을 1개만 갖고 있기 때문에 암을 예방하기 위해 남아있는 Tet2의 종양 억제 활동을 최대화할 필요가 있다.”

모리슨 박사도 근무하고 있는 하몬 줄기세포 및 암 생물학 실험실의 연구원들은 이번 연구의 일부로 개발한 기술을 이용해서 줄기세포 기능과 암 발생을 통제하는 다른 물질대사 경로를 찾아내려고 한다. 그들은 또 줄기세포 기능과 조직 재생에 비타민 C가 어떤 역할을 하는지도 계속해서 연구할 계획이다.

참조: M. Agathocleous et al., "Ascorbate regulates haematopoietic stem cell function and leukaemogenesis" Nature. 2017 Aug 21. doi: 10.1038/nature23876.