우리 학교 생명과학과 김세윤, 양한슬 교수 공동연구팀이 염증성 장 질환 유발 인자를 구명했다고 지난달 6일 밝혔다.

 장에 분포하는 장 신경계(enteric nervous system, ENS)는 ‘제2의 뇌’라고도 불린다. 자율적으로 신경전달물질을 분비할 뿐 아니라, 중추신경계에 연결되어 인간의 정신에 지대한 영향을 미치기 때문이다. 이러한 장을 건강하게 유지하는 것은 육체적, 정신적 안녕을 위해 필수적이다. 연구팀의 연구는 장 건강을 만성적으로 해치는 유발 인자 중 하나를 밝혔으며, 이는 새로운 치료 전략 수립에 이바지할 것으로 기대된다. 

염증성 장 질환의 정의, 증상, 원인

 염증성 장 질환(inflammatory bowel disease, IBD)이란 우리 몸의 장관(소장과 대장)에 염증이 반복적으로 발생하는 상태를 총체적으로 일컫는 용어다. 장염의 대표적인 증상인 복통, 설사 등은 동일하게 나타나지만, 완전한 치료가 되지 않는다는 점에서 차이를 보인다. 발병 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았으며, 최근에는 환자군 일부의 IPMK*(inositol polyphosphate multikinase) 유전자에서 단일 염기 변이가 발생했다는 결과가 보고 되었다. 연구팀은 IPMK 효소와 염증성 장 질환 사이에 상관관계를 밝히고자 했다.

IPMK 결손 생쥐에서 대장염 악화

 연구팀은 장 상피조직에서만 특이적으로 IPMK가 결손된 생쥐 그룹을 제작했다. 이후 화학물질로 대장염을 유발해, 정상 생쥐와의 차이점을 분석했다. 연구팀은 IPMK가 결손된 생쥐에서 장염 증상이 심하게 나타나고 대장염 회복이 지연된다는 결과를 얻었다. 이로부터 IPMK 효소가 손상된 대장 조직이 회복되는데 필수적인 인자임을 규명했다. 

 하지만 연구팀은 대장염 회복 지연의 원인을 밝히는 데 어려움을 겪었다. 관련된 연구에서는 대개 장염 증상이 심각하게 나타나는 경우, 염증이나 면역 반응의 강도에서부터 차이가 나타났다. 하지만 본 연구에서는 염증과 면역 반응과 관련된 유전자 발현에 전혀 차이가 없었다.

악화의 원인, 솔 세포의 감소

 연구팀은 장 조직의 정상적인 기능을 위해선 상피 세포의 체계적인 협동 또한 필수적이라는 점에 주목했다. 이후 장 내 상피 세포 유형의 비율을 비교한 결과 오직 솔세포*만이 그 수에서 차이를 보인다는 점을 밝혔다.

 하지만 연구팀은 다시 한 번 난관에 봉착했다. 솔세포가 대장 조직 회복에 영향을 주는 기작을 밝히기가 무척 까다로웠다. 이는 솔세포 연구가 전 세계적으로 미미한 상황이었으며, 솔세포의 양이 물질적으로 매우 적었기 때문이었다. 생쥐 한 마리를 희생하면 최대 수백 개의 솔세포를 얻는데, 전통적인 분석 방법으로 분석하기에는 역부족이었다. 

세포 분석 난관, 공동 연구로 풀어

 김세윤 교수 연구팀은 양한슬 교수 연구팀과의 공동 연구로 난관을 해결했다. 양한슬 교수 연구팀이 다루는 ‘단일 세포 RNA 염기서열 분석’을 통해 솔세포 하나하나의 성질을 분석하여 연구가 진척될 수 있었다.

 이후 공동연구팀은 아세틸콜린의 양이 원인이었음을 밝혔다. 정상적인 상태에서는 염증과 같은 조직 손상이 발생하면 솔세포가 분비하는 아세틸콜린이 장 줄기세포의 활성을 증가시킨다. 그러나 연구팀의 결과에 의하면 IPMK가 결손된 경우, 솔세포의 숫자가 현저히 감소해서 분비된 아세틸콜린의 양이 줄기세포를 충분히 활성화하기에 부족해진다. 따라서 새로운 장 상피세포가 잘 만들어지지 않고, 장의 손상이 회복되지 않아 병이 더 오래, 심하게 지속되는 것이다. 

 끝으로 이번 연구의 공동 제1 저자인 박승은 박사는 “자신을 설득할 수 있을 만큼 꼼꼼하게 연구를 해야 다른 연구자들에게 떳떳할 수 있음을 느꼈다”라며 소회를 전했다. 다른 공동 제1 저자 이동은 박사과정은 “단일 세포 단위로 분석한 방대한 데이터가 실험 결과들과 합쳐져 과학적인 의미를 찾아가는 과정이 매력적”이라며 생명 정보학에 관심 있다면 주저 없이 대학원을 진학하라는 격려의 메시지를 남겼다.

IPMK*
세포의 성장•대사, 면역 반응 및 중추 신경계 기억 조절 등 다각적인 기능을 수행하는 효소

솔세포**
장 외부에서 들어온 물질을 감지, 적절한 생물학적 반응을 이끌어내는 상피세포