많은 유기체에서 손상이 발생하면 전신 반응이 촉발되며 치유와 재생에 도움이 될 수 있습니다. 이는 생쥐, 도롱뇽, 제브라피시, 플라나리아에서 볼 수 있습니다. 연구자들은 플라나리아에서 이전에 생각했던 것보다 더 빠른 속도로 체벽 근육 세포를 따라 퍼지는 ERK 신호 전달 경로가 재생에 중요하다는 사실을 발견했습니다. 이는 치유되지 않은 상처와 같은 암 발병에 대한 통찰력을 제공하는 조직화된 전신 재생 의사 결정 과정을 의미합니다.

일부 유기체에서는 신체의 한 부분이 손상되면 다른 부분이 치유될 수 있습니다. 최근 연구 결과에 따르면 이러한 전신 반응은 부작용이 아니라 주요 특징입니다.

한쪽 다리에 부상을 입은 생쥐의 다른 쪽 다리에는 줄기세포가 "깨어나고" 있었는데, 마치 세포가 부상을 치료할 준비를 하고 있는 것처럼 보였습니다. 사지 재생의 주인인 도롱뇽에서도 비슷한 일이 일어납니다. 제브라피시의 심장 손상은 신장 및 뇌와 같은 먼 기관의 특정 변화를 유발합니다.

"다양한 유기체에서 부상에 대한 전신 반응을 볼 수 있습니다. 그러나 그러한 반응이 실제로 어떤 역할을 하는지는 불분명합니다"라고 스탠포드 대학의 생명공학 조교수인 Bo Wang은 말했습니다. "그래서 우리가 집중하고 있는 것은 바로 이것이다."

Cell 저널에 발표된 새로운 논문에서 Wang과 동료들은 이러한 전신 조정이 플라나리아 상처 치유 및 후속 조직 재생의 핵심 부분임을 발견했습니다. 무엇이 재생을 켜고 끄는지, 그리고 그것이 어떻게 조정되는지 이해하는 것은 종종 결코 치유되지 않는 상처로 여겨지는 암에 대한 연구에 도움이 될 수 있습니다.

플라나리아는 초능력을 지닌 0.5인치 길이의 편형동물로 거의 모든 상황에서 재생할 수 있습니다. 플라나리아를 네 조각으로 자르면 며칠 안에 네 개의 새로운 편형동물이 생길 것입니다. 생쥐, 제브라피시, 도롱뇽에서와 마찬가지로 플라나리아 몸체의 한 부분에 상처가 생기면 더 먼 조직에서 반응이 유발되는 것으로 보입니다.

Wang은 이러한 반응이 어떻게 조정되는지 이해하고 싶었습니다. 가능한 메커니즘 중 하나는 세포외 신호 관련 키나아제(ERK) 경로입니다. 세포는 ERK 경로를 사용하여 서로 통신하고 파동 형태로 신호를 보냅니다. 조직이 손상되면 가장 가까운 세포가 해당 정보를 이웃 세포에 "전달"하고, 이웃 세포는 이를 이웃에게 알립니다. 이 파동은 일종의 전화 게임을 통해 유기체 전체에 전파됩니다.

이제 한 가지 문제가 있습니다. 과거 연구에 따르면 ERK 파동이 너무 느리게 움직여서 사용할 수 없는 것으로 나타났습니다. Wang은 "시간당 10미크론의 속도로 신호를 전파한다면 1밀리미터를 통과하는 데 며칠이 걸릴 수 있다"고 말했습니다. 이 속도에서는 신호가 벌레의 한 영역에서 다른 영역으로 너무 느리게 전달되어 상처 치유 및 재생을 돕습니다.

재생을 켜고 끄는 것이 무엇인지 이해하면 암 관련 효과를 포함한 의학적 치료 및 개입의 발전으로 이어질 수 있습니다. 이미지 출처: Wang Lab/스탠포드 대학교 공과대학

이것은 인간에게는 문제가 되지 않을 수도 있습니다. 우리의 순환계는 신호가 우리 몸 전체에 빠르게 전달되도록 할 수 있습니다. 그러나 플라나리아에는 이 과정의 속도를 높이는 순환 시스템이 없습니다.

그래서 Wang과 그의 동료들은 동물의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 ERK 파동이 전파되는 것을 추적하기 시작했습니다. 그들은 신호가 이전보다 100배 이상 빠르게 전달된다는 것을 발견했습니다. ERK 파동은 매우 긴 체벽 근육 세포를 따라 전파되는 대신 매우 긴 체벽 근육 세포를 따라 전파됩니다. 이 세포는 신체의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 신호를 전달하는 "고속도로" 역할을 합니다. 며칠이 아니라 몇 시간.

신호는 치료에 도움이 될 만큼 빨랐지만 몸 전체가 관련되었는지는 여전히 알 수 없었습니다.

그 사실을 알아내기 위해 Wang 연구실의 대학원생 Fan Yuhang은 플라나리아의 머리를 잘랐습니다. 일반적으로 플라나리아의 머리는 목이 잘린 후 남은 몸에서 빠르게 다시 자랍니다. 그러나 팬은 ERK 신호가 유기체의 뒤쪽 절반으로 이동하는 것을 차단하여 ERK 파동이 장거리 치유 반응을 조정하는 역할을 하는지 테스트했습니다. ERK 신호가 차단되면 머리는 더 느리게 치유될 뿐만 아니라 전혀 재생되지 않습니다.

다음으로 팬은 재생 과정을 "구출"하는 것이 가능한지 궁금해했고 꼬리 조직에 손상을 알리는 플라나리아의 꼬리를 제거하여 이를 테스트했습니다. 꼬리도 다시 자라났고, 놀랍게도 머리도 다시 자랐습니다.

"정말 흥미로운 점은 절단 사이의 시간 지연을 조정할 수 있다는 것"이라고 Wang은 말했습니다. 초기 부상 후 몇 시간 이내에 플라나리아의 꼬리를 자르면 차단된 치유 과정을 다시 시작할 수 있습니다. 그러나 너무 오래 기다리면 둘 다 재생성되지 않습니다.

Wang은 "이것이 의미하는 바는 유기체에 '좋아, 이제 뭔가를 키워야 한다'고 투표하는 시스템이 있다는 것이며 모든 사람이 동의해야 한다는 것"이라고 Wang은 말했습니다. 가장 멀리 떨어져 있는 셀에도 투표권이 있습니다.

플라나리아, 불가사리, 도롱뇽과 같은 많은 동물은 인간을 훨씬 능가하는 치유 및 재생 능력을 보여줍니다. 우리에게 이러한 능력이 부족한 이유를 이해하면 암 관련 영향을 포함하여 의학적 치료 및 개입이 발전할 수 있습니다.

"우리 중 어느 누구도 조직이 지속적인 손상 상태에 있기를 원하지 않습니다. 이는 암으로 이어질 수 있습니다"라고 Wang은 설명합니다. 그의 연구에 따르면 놀라운 재생 능력을 가진 이 벌레들에서도 대부분의 경우 몸 전체가 "켜질" 시간에 동의할 때까지 재생이 "꺼져 있습니다".

더욱이 Wang과 그의 동료들은 플라나리아를 통해 퍼지는 ERK 파동을 추적했을 때 수백 개의 유전자가 켜지고 꺼지는 것을 발견했습니다. 인간과 플라나리아는 매우 먼 친척 관계이지만, 우리는 동일한 유전자를 많이 공유합니다.

"이것은 우리에게 이러한 유전자를 추적하는 진입점을 제공하며, 이를 통해 통제되지 않은 암 성장의 위험을 제어하면서 동물이 어떻게 재생되는지 알아낼 수 있습니다."