(A chimpanzee (Pan troglodytes) mother nursing her baby in Tanzania’s Mahale Mountains National Park, on the shores of Lake Tanganyika, where study co-author Alex Pollen was first inspired to study human and chimpanzee brain evolution. Credit: Susan K. McConnell for Cell Press)
(The human (left) and chimpanzee (right) brain organoids contain multiple types of neural stem cells (red and green) and mature brain cells (magenta and cyan), mimicking the development of real human and chimpanzee brains. (Scale bar 100 micrometers). Credit: Pollen and Kriegstein Labs / UCSF)
다른 동물과 비교해서 인간의 가장 두드러진 특징은 크고 잘 발달된 뇌에 있습니다. 물론 그것말고도 유일하게 수직으로 직립 보행을 하는 포유류라는 점과 털이 퇴화되었다는 점 등 여러 가지 특징이 있지만, 인간을 인간답게 만든 가장 큰 특징이 뇌라는 사실을 부인할 사람은 없을 것입니다. 인간이 어떻게 크고 복잡하면서 기능이 탁월한 뇌를 지니게 됐는지는 과학자들도 매우 궁금해하는 주제입니다. 하지만 살아있는 사람의 뇌를 마음대로 열어서 연구하기는 어렵기 때문에 연구에 어려움이 있었습니다. 사실 이점은 개체수가 적은 침팬지 역시 마찬가지입니다.
샌프란시스코 대학 (UCSF)의 아놀드 크리그스테인 (Arnold Kriegstein, MD, Ph.D., the John Bowes Distinguished Professor in Stem Cell and Tissue Biology)이 이끄는 연구팀은 줄기 세포를 이용한 오가노이드(organoid)를 통해 이 문제를 극복하고 인간 뇌의 진화에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 연구팀은 10명의 사람과 8마리의 침팬지 피부에서 얻은 세포를 유도 만능 줄기 세포 (induced pluripotent stem cells (iPSCs))로 분화시켜 56개의 뇌 오가노이드를 만들었습니다.
오가노이드는 줄기 세포를 분화시켜 만든 작은 인공 장기로 이식 장기로 사용하기에는 터무니없이 작고 제대로 구조를 갖추지 못했지만, 약물 테스트나 과학 연구 등의 목적으로는 최근 널리 사용되고 있습니다. 오가노이드가 도입되면서 과학자들은 10년 전에는 상상하기 어려운 연구를 진행할 수 있게 됐습니다.
연구팀은 오가노이드를 통해 인간과 침팬치 뇌가 어떻게 다르게 분화하는지 연구했습니다. 특히 주목한 부분인 인간에 특징적으로 분화하는 outer radial glia (oRG)로 여기서 mTOR라는 경로가 중요하게 작용한다는 사실이 밝혀졌습니다. 사실 오가노이드 단계에서도 인간의 뇌는 침팬지보다 두 배는 크게 분화하는데, 영장류나 다른 포유류 간 차이를 비교하면 인간의 뇌가 매우 유별나게 분화하는 점은 분명하다고 할 수 있습니다.
물론 인간이 왜 이렇게 높은 지능을 지니게 됐는지는 간단히 설명할 수 없는 질문입니다. 하지만 다양한 연구를 통해 과학자들은 하나씩 그 비밀을 풀어가고 있습니다.
참고
Alexa A Pollen et al. Establishing Cerebral Organoids as Models of Human-Specific Brain Evolution. Cell. Published: February 7, 2019. DOI: 10.1016/j.neuron.2019.01.027
댓글
댓글 쓰기