대식세포가 조직에 침투하는 방법은 세포분열
면역세포들을 자신들이 필요로 한 곳으로 가기 위해 작은 구멍을 비집고 들어가야 할 뿐만 아니라 세포들이 단단하게 꽉 찬 벽과 같은 장애물도 극복해야 한다. 이제 오스트리아 과학 기술 연구소(ISTA)의 과학자들은 세포분열이 면역세포들의 성공에 열쇠가 되는 것을 발견했다. 이 연구 결과는 최근의 다른 연구들과 더불어 암의 전이에 대해 치유를 하는 것만큼 중요한 과정의 전모를 보여준다.

시골의 돌담을 상상해보자. 단단하게 다지고 돌을 층층이 쌓아 가장 작은 틈도 메운다. 겉보기에는 깨뜨릴 수 없는 장애물이다. 면역세포들은 감염과 싸우기 위해 몸 전체를 돌아다니는 중에 세포가 밀집한 조직인 바로 그런 장애물과 마주치게 된다. 몸속의 구조대라는 임무를 수행하기 위해 면역세포들은 뚫고 나갈 방법을 찾아야만 한다. 최근의 연구에서 오스트리아 과학 기술 연구소의 지크하우스 집단의 과학자들은 유럽 분자 생물학 연구소(EMBL)의 협력자들과 지역사회 고등학교 학생 3명과 함께 과실파리 태아들에게서 그런 일이 어떻게 일어나는지를 자세하게 살펴보았다.

작고 투명한 이들 동물이 성장하는 동안 과실파리의 가장 강력한 면역세포인 대식세포들이 조직으로 침투한다. 고성능 현미경을 사용해서 공동 연구진은 대식세포의 이동을 추적할 수가 있었다. 논문의 제1 저자로 다리아 지크하우스의 연구집단에서 최근까지 박사 후 연구원으로 활동한 마리아 아크마노바는 대식세포들이 벽에 도착해서 뚫고 들어갈 알맞은 장소를 찾는다고 말했다.

대식세포들을 안내할 신호들이 알맞은 장소로 향하게 했다. 그곳에 도착하면 제일 먼저 뚫고 들어갈 세포 즉 선봉에선 대식세포는 기다린다. 갑자기 벽 일부가 움직이기 시작한다. 선봉에 선 대식세포의 바로 앞에 있는 (벽의) 세포가 세포주기의 정상적인 일부인 분열을 준비하기 위해 둥글게 뭉친다. 바로 이걸 선봉의 대식세포가 기다리고 있었던 것이라고 아크마노바는 말했다. 이제 선봉의 대식세포는 세포핵을 앞으로 밀어 넣으면서 앞으로 나가고 다른 대식세포들도 모두 그 뒤를 따라 나아간다. 지크하우스 집단은 최근에 선봉에 선 대식세포는 앞장서서 돌파하기 위해 이들 연구진이 아토사(Atossa)로 명명한 새로 발견한 단백질이 주관하는 복잡한 과정을 통해 추가적인 에너지를 공급 받는 것도 발견했다. 게다가 연구진은 대식세포들이 자신들의 민감한 핵이 손상되지 않도록 보호하기 위해 액틴 세사로 만든 보호 갑옷을 만드는 것을 발견했다.

측면의 조직 세포들의 분열을 정확하게 억제하고 지연시키고 가속화시켜서 연구진은 이제 면역세포들이 돌파할 수 있게 해주는 중요한 구성 요소는 바로 세포분열을 둘러싸는 것이라는 것을 증명할 수가 있었다. 세포가 분열을 준비하기 위해 둥글게 뭉치면 돌파 지점의 조직 세포는 주위의 세포들과 연결된 부위의 일부를 상실하게 되는 것을 연구진은 생생한 영상을 통해 관찰했다. 유럽 분자 생물학 연구소의 데 렌지스 실험실과 공동 연구를 통해 연구진은 또 광선을 사용해서 유전자 변화를 야기하는 최첨단 기술을 사용해서 인위적으로 세포가 둥글게 뭉치도록 유발해보았다. 그것만으로는 대식세포가 돌파하도록 만들기에는 충분하지 않았다. 그러나 세포들이 연결된 결합 부위를 유전공학적으로 줄이는 것은 충분했다. 조직 세포가 연결을 상실했을 때에 어떻게 대식세포가 조직으로 침투할 수 있는지를 보는 것은 너무나 흥분스러운 일이었다고 아크마노바는 말했다.

대식세포의 침투를 통제하는 핵심적인 과정이 세포분열인 것은 커다란 영향을 미칠, 정말로 아주 세련된 개념이라고 다리아 지크하우스 교수는 열광했다. 대식세포들이 조직으로 침투하는 것을 도와주는 바로 이 메커니즘은 인간과 같은 척추동물의 많은 다른 유형의 면역세포에게도 불가결한 것일 수가 있다. 장기적으로 연구진은 연결 부위나 혹은 조직세포의 분열을 조작하는 것이 종양 내부에서 종양과 싸우기 위해 면역세포가 종양으로 침투하는 것을 늘리거나 혹은 자가면역 중에 조직을 공격하는 면역세포의 능력을 감소시키는 데 도움이 될 수가 있을는지를 알아내고 싶어 한다. 우리 연구 결과는 또 몸이란 환경 속에서 이동하는 세포를 연구하는 연구가에게 영향을 미칠 수도 있을 것이라고 지크하우스는 말했다.

이 연구를 위해서 이론 생물리학자인 지크하우스와 마리아 아크마노바는 현미경 검사의 세계를 깊이 탐구했다. 스승인 다리아 지크하우스의 도움을 받아 아크마노바는 매혹적이고 아주 유용한 과실파리에 대해 할 수 있는 모든 것을 알아냈다. 3명의 클로스터노이부르크 고등학교 학생들도 연구에 참여했다. 오스트리아 과학 기술 연구소의 실험실들을 방문한 견학 여행 중에 그들은 연구에 대한 자신들의 열의를 발견했다. 그 결과 그들은 아크마노바를 도와 과실파리들을 교배시키고 확인하는 일을 도왔고 심지어 영상 분석을 빠르게 하는 알고리듬까지 만들었다. 이 연구 프로젝트의 성공은 많은 과학자의 공동 노력과 동기를 부여받은 3명의 고등학교 학생의 아주 큰 도움으로 가능했다고 아크마노바는 말했다.

참조:
M. Akhmanova et al., "Cell division in tissues enables macrophage infiltration" Science. 2022 Apr 22;376(6591):394-396. doi: 10.1126/science.abj0425.