Weill Cornell Medicine 연구진이 주도한 연구에 따르면 척추뼈는 종양 전이를 촉진하는 단백질을 분비하는 독특한 줄기 세포 유형에서 유래한 것으로 나타났습니다. 이 획기적인 발전은 척추 질환에 대한 새로운 연구 방향을 제시하고 고형 종양이 종종 척추로 전이되는 이유에 대한 통찰력을 제공하며 새로운 정형외과 및 암 치료법으로 이어질 수 있습니다.
9월 13일 네이처(Nature)에 발표된 연구에서 연구자들은 척추뼈가 다른 뼈를 만드는 줄기세포와는 다른 유형의 줄기세포에서 유래한다는 사실을 발견했습니다. 척추 줄기 세포로 만든 뼈 같은 "유기체"를 사용하여 그들은 종양이 다리 뼈와 같은 긴 뼈가 아닌 척추로 퍼지는 경향이 주로 이러한 줄기 세포에서 분비되는 MFGE8이라는 단백질에 기인한다는 것을 발견했습니다.
"우리는 척추를 우선적으로 포함하는 많은 정형외과 질환이 척추 줄기 세포의 고유한 특성에 기인한다고 의심합니다."라고 웨일 코넬 의료 센터의 병리학 및 진단검사의학과 부교수이자 산드라 앤드 에드워드 메이어 암 센터의 회원이자 뉴욕-장로교/웨일 코넬 의료 센터의 병리학자인 연구 수석 저자인 매튜 그린블라트(Matthew Greenblatt) 박사는 말했습니다.
최근 몇 년 동안 Greenblatt 박사와 다른 과학자들은 다양한 유형의 뼈가 다양한 유형의 뼈 줄기 세포에서 유래한다는 사실을 발견했습니다. 척추뼈는 인생 초기에 팔이나 다리 뼈와 같은 다른 뼈와는 다른 경로를 따라 발달하고 독특한 진화 궤적을 갖고 있는 것으로 보이기 때문에 Greenblatt 박사와 그의 팀은 독특한 유형의 척추 줄기 세포가 있을 수 있다는 가설을 세웠습니다.
연구진은 먼저 골격 줄기 세포의 알려진 표면 단백질 마커를 기반으로 실험용 쥐의 여러 뼈에서 모든 뼈와 연골을 생성하는 잘 알려진 골격 줄기 세포를 분리했습니다. 그런 다음 이 세포의 유전자 활동을 분석하여 척추와 관련된 세포의 독특한 패턴을 찾을 수 있는지 확인했습니다.
척추를 형성하는 새로운 줄기세포를 모델 유기체에 이식하여 소형 척추뼈(빨간색)를 형성합니다. 유방암 종양 세포(녹색)는 뼈를 침범하며, 이는 이 새로운 척추 줄기 세포가 유방암 세포를 모집하는 역할을 담당함을 시사합니다. 출처 : Sun Jun
이 연구는 두 가지 중요한 발견을 가져왔습니다. 첫 번째는 표면 마커를 기반으로 하는 골격줄기세포의 전반적인 새로운 정의가 더 정확하다는 것입니다. 이 새로운 정의는 기존 줄기세포 정의에 포함된 비줄기세포 그룹을 제외하여 해당 분야의 일부 이전 연구를 모호하게 만듭니다.
두 번째 발견은 서로 다른 뼈의 골격 줄기 세포가 유전자 활동에 있어서 체계적인 차이를 가지고 있다는 것입니다. 이 분석을 통해 팀은 척추 줄기 세포에 대한 고유한 마커 세트를 식별하고 쥐를 대상으로 한 추가 실험과 실험 접시 세포 배양 시스템에서 척추 뼈를 형성하는 데 이러한 세포의 기능적 역할을 확인했습니다.
다음으로 연구자들은 유방암, 전립선암, 폐암을 포함한 종양 전이에 대해 다른 유형의 뼈와 비교하여 척추의 상대적인 매력을 조사했습니다. 1940년대의 전통적인 이론에서는 이러한 "척추 방향성"이 혈류 패턴과 관련이 있으며 척추가 장골보다 전이성 종양에 더 취약하다고 제안했습니다. 그러나 연구진은 동물모델에서 척추 방향성 현상을 재현한 결과 혈류가 원인이 아니라는 증거를 찾아냈다. 실제로는 척추줄기세포를 원인으로 지목하는 단서를 찾았다.
이번 연구의 제1저자이자 Greenblatt 연구실의 박사후 연구원인 Jun Sun 박사는 “우리는 전이성 종양 세포의 초기 파종 부위가 주로 척수 줄기 세포와 그 자손 세포가 위치한 골수 영역에 있다는 것을 관찰했습니다.”라고 말했습니다.
연구팀은 척추줄기세포를 제거하면 척추뼈와 장뼈 사이의 전이율 차이가 사라진다는 사실을 발견했다. 궁극적으로 그들은 척추 줄기 세포가 장골 줄기 세포보다 MFGE8 단백질을 더 많이 분비하며 척추 방향성(spine tropism)의 주요 요인이라는 것을 확인했습니다. 이러한 발견의 인간에 대한 관련성을 확인하기 위해 팀은 특수외과병원의 연구원들과 협력하여 쥐 척추 줄기 세포의 인간 대응물을 식별하고 그 특성을 특성화했습니다.
연구자들은 현재 암 환자의 척추 전이 위험을 줄이기 위해 MFGE8을 차단하는 방법을 모색하고 있습니다. 보다 광범위하게는 척추 줄기 세포의 독특한 특성이 척추 질환에 어떻게 기여하는지 연구하고 있다고 Greenblatt 박사는 말했습니다.
Greenblatt 박사는 "정형외과에는 척추 정형외과라는 하위 전문 분야가 있으며, 우리는 해당 임상 범주의 대부분의 상태가 우리가 방금 확인한 이 줄기 세포와 관련이 있다고 믿습니다"라고 말했습니다.