(A mourning gecko can regenerate its tail, but the replacement is an imperfect copy of the original. Credit: Lozito Lab)
척추동물 가운데서 도마뱀은 꼬리가 잘려도 다시 재생하는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 사실 척추동물처럼 잘 분화된 복잡한 동물의 경우 사라진 부위를 다시 재생하기가 쉽지 않습니다. 따라서 포유류나 조류처럼 더 복잡한 동물의 경우 도마뱀 같은 복원력을 기대하기는 어렵습니다. 하지만 장기 및 조직 재생을 연구하는 과학자들은 돌파구를 찾기 위해 도마뱀의 재생 능력을 연구해왔습니다.
그런데 사실 도마뱀의 경우에도 완전하게 꼬리가 재생되는 것은 아닙니다. 근육과 피부, 혈관, 신경이 다시 자라나기는 하지만, 완벽하지는 않습니다. 예를 들어 척추뼈와 신경이 제대로 복원되는 것이 아니라 사실은 연골 튜브가 자라나서 이를 대체하게 됩니다.
서던 캘리포니아 대학의 토마스 로지토 교수(Thomas Lozito, an assistant professor of orthopedic surgery and stem cell biology and regenerative medicine at the Keck School of Medicine of USC)가 이끄는 연구팀은 줄기 세포를 이용해 등배성 패턴 (dorsoventral patterning)을 지닌 채로 꼬리가 재생되도록 유도했습니다.
등배성 패턴은 등 쪽에는 뼈가 지나가고 아래에는 신경이 지나가는 척추 구조로 척추동물의 기본적인 디자인입니다. 이는 모든 척추동물의 발생과정에서 볼 수 있으나 도마뱀의 꼬리 재생 시에는 배 (아래) 쪽만 재생되는 현상이 발생합니다. 연구팀은 신경 줄기 세포(neural stem cells, NSCs)를 이용해 정상적인 등배성 구조를 재생 과정에서 유도했습니다. 발생 과정에서 일어나는 과정을 재생 중에도 일어나게 하기 위해서 가장 합리적인 접근을 시도한 것입니다.
연구 결과 의도한 대로 등배성 구조가 재생 꼬리에서도 그대로 재현됐습니다. 연구팀은 도마뱀이 진화한 후 2억5천만 년 만에 처음으로 완전한 꼬리를 재생했다고 자축했습니다. 물론 이 연구는 도마뱀 꼬리의 완벽한 재생을 목표로 한 것이 아니라 사람처럼 조직과 피부 재생이 매우 제한적으로 이뤄지는 동물에서 더 완벽하고 더 큰 범위의 재생을 시도하기 위한 기초 연구입니다.
언젠가 사람에서도 완벽한 장기와 조직이 재생되는 날이 오기를 기대해 봅니다.
참고
https://phys.org/news/2021-10-aided-stem-cells-lizard-regenerates.html
Thomas P. Lozito et al, Introducing dorsoventral patterning in adult regenerating lizard tails with gene-edited embryonic neural stem cells, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26321-9
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