줄기세포를 뇌세포로 변환시키는 항체

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-04-25

스크립스 연구소의 과학자들이 항체를 이용하여 골수 줄기세포를 뇌세포로 직접 변환시키는 방법을 우연히 발견하여 ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ 온라인판에 발표했다. 환자 자신의 골수 줄기세포에서 원하는 세포로 변환시키는 기존 방법은 부담이 되고, 위험성이 높으며 효율도 낮다고 한다. 그러나 연구팀이 찾아낸 항체는 골수 줄기세포의 성장촉진 수용체를 활성화시켜서 뇌세포의 일종인 신경 전구세포로 유도하는데 성공하였다고 한다. 이번에 확인된 항체를 이용하는 방법은 기존 방법보다 간단하고 안전하기 때문에 척추 손상, 뇌졸중 등의 세포 치료제가 적용되는 여러 질환에 활용 가능성이 높으면서도 면역 거부 등의 부작용은 적을 것으로 기대되고 있다. 연구를 주도한 Richard A. Lerner 교수는 “지금까지 항체는 단순히 선택적으로 결합하는 분자로만 생각되었지만 이번 결과는 세포의 기능에서 다재 다능한 조절자 역할을 하는 항체를 제시하고 있다”고 설명했다. 천연 항체는 면역세포에서 생산되는 거대한 Y자 형태의 단백질이다. 항체를 모두 모은다면 1천억 개에 이르는 다양한 바이러스, 세균 및 다른 병원체들을 인식할 수 있다고 한다. 1980년대에 분자 생물학자들이 실험실에서 세포를 배양하여 항체를 생산하는 방법을 개발하였다. 이렇게 생산된 항체들은 과학 검사 및 진단을 위한 도구 상자 역할을 하였다. 또한 항체들은 암, 관절염, 이식 거부 반응 감소, 바이러스 감염 등의 여러 질환에 대한 치료제로도 개발되었다. 1980년대 후반부터 Lerner 교수의 연구팀은 원하는 표적에만 결합하는 능력을 갖는 여러 다양한 항체들을 생성시키는 기술의 개발에 도움을 주었다고 한다. 여기서 얻어진 대표적인 성과가 관절염 치료제 이용되는 항염증성 항체 약물인 휴미라(Humira)이다. 작년에 연구팀은 포유류에서 생산되면서 특정 수용체나 분자에서만 결합하는 항체를 찾는 기술을 개발했다. 이 기술은 과학자들이 항체 라이브러리에 포함된 여러 항체 중에서 어느 것이 특정 수용체에 결합하고, 수용체를 활성화시켜서 세포 기능에 변화를 유발시키는지를 신속하게 결정하게 해준다고 한다. 이번에 연구팀은 표적 수용체 인근의 세포 외막에 물리적으로 고정되는 항체 단백질을 생산하는 새로운 기술을 추가로 적용시켰다. 연구팀의 Jia Xie는 “세포에 대한 항체 활성을 국한하는 것으로 우리는 거대 항체 라이브러리에서 특정 활성을 갖는 항체를 보다 쉽게 선별할 수 있었다”고 설명했다. 이 향상된 기술로 과학자들은 수일 안에 수천만 개의 항체로 구성된 라이브러리에서 꼼꼼히 살펴서 원하는 항체만을 추려낼 수 있게 된다. 연구팀은 새로운 기술을 골수 세포 등에서 발견되는 성장인자 수용체인 GCSF 수용체를 활성화시키는 항체의 선별에 우선 이용했다. GCSF 유사 단백질은 백혈구 성장을 촉진시킴으로써 항암제 투여에 의한 골수 억제 부작용을 경감시키는 효과가 있다. 때문에 이 단백질은 바이오 약물로서 큰 성공을 이루었다. 이번에 연구팀은 GCSF 수용체를 활성화시키는 항체를 쉽게 분리할 수 있었다고 한다. 이 항체는 시험된 골수 세포들의 성장을 촉진시켰다고 한다. 이어서 연구팀은 부착되지 않는 수용성 항체를 자원자들에게서 분리한 골수 줄기세포를 대상으로 시험하였다. GCSF 유사 단백질이 존재할 때에 골수 줄기세포는 증식하고 백혈구 세포로 성숙하기 시작하였지만 연구팀이 찾아낸 항체는 상당히 다른 효과를 나타냈다. Xie는 “골수 세포는 증식하였지만 길고 얇아졌으며 배양 접시의 하단에 부착되었다”고 밝혔다. 이 세포는 마치 신경 전구 세포처럼 보였다고 한다. 이어진 시험에서 이 세포에서 신경세포의 표지자가 확인되었다. 이처럼 골수 계열 세포를 신경 계열 세포로 변환시키는 방법은 교차분화(transdifferentiation)라고 한다. 교차 분화는 다른 계열의 세포에서도 이루어질 수 있으며, 과거에도 여러 번 보고되었지만 하나의 수용체를 활성화시켜서 이러한 효과를 내는 것은 유례가 없었다고 한다. 이전에도 과학자들이 골수 줄기세포를 다른 성체 세포로 변환시켰지만 반응성이 강한 화학물질과, 배야 유사 상태를 유도를 위한 위험성이 높은 골수 세포의 재프로그래밍 및 성체 세포를 위한 복잡한 분자적 자극이 수반되어야 한다고 한다. 이러한 방법을 통한 교차 분화도 일부의 연구팀에서만 보고되었다. Lerner 교수는 “내가 아는 한도에서는 하나의 단백질을 이용하여 교차분화를 달성했던 사례는 없었기 대문에 치료제로서의 이용 가능성이 높다”고 밝혔다. 현재의 세포 요법제는 환자 자신의 세포를 수집하여 재프로그래밍하고 실험실에서 증식시킨 후에 다시 환자에게 투여하는 방식이다. 그러나 연구팀은 이론적으로 자신들이 연구에서는 항체 하나를 환자의 혈류에 직접 주사함으로써 항체가 골수까지 도달하여 골수세포를 신경 전구세포로 변환되는 것을 기대하고 있다. Lerner 교수는 “이들 신경 전구세포는 뇌에 침투하여 손상된 부분을 찾고 회복에 도움을 줄 수 있다”고 설명했다. 연구팀은 이 새로운 항체가 GCSF 수용체에 이러한 추가 효과를 내는 이유를 규명하지는 못했다. 그러나 연구팀은 GCSF 단백질보다 수용체에 오랫동안 결합함으로써 상호작용이 길어져서 수용체의 신호전달 패턴에 변화를 유발시킨 것으로 추측하고 있다. 약물 개발 연구자들은 세포 표면 수용체에서의 가벼운 차이가 매우 차별되는 생물학적 효과를 유발시키는 것으로 생각하고 있다. 이러한 점은 연구에서 복잡성을 더하지만 이론적으로 달성하려는 범위를 확장시켜 준다고 한다. Lerner 교수는 “당신이 같은 수용체를 다른 형태로 이용한다면 유전체의 잠재력은 더 커질 것”이라고 밝혔다. 그림 설명: 항체 처리로 골수 줄기세포에서 분화된 신경 전구 세포 AB.jpg http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130422154756.htm