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미세환경 유래 신호에 의한 조직 재생 조절

◈본문

 조직 내 줄기세포는 외부 자극에 대한 반응으로 활성화되어 분열, 분화 등 다양한 표현형의 변화를 보임으로써 조직의 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 줄기세포의 행동 조절을 이해하기 위해 기존 연구들은 세포 내 분화 프로그램, 유전자 조절 네트워크, 신호 전달 경로 등 세포의 내재적인 조절 메커니즘에 초점을 맞춰왔다. 그러나 최근에는 세포 내 프로그램만으로는 외부 자극에 대한 줄기세포의 행동 및 운명 조절을 충분히 설명할 수 없다는 인식이 확산되고 있다. 이에 따라 줄기세포가 위치한 조직 내 주변 미세환경에서 유래하는 신호들이 줄기세포 기능에 미치는 영향을 규명하고자 하는 연구가 활발히 진행 중이다.

줄기세포를 둘러싼 미세환경 유래 신호의 종류는 매우 다양하다. 주변 조직의 기계적 특성 변화로 인한 물리적 자극에서부터 인접 세포들이 분비하는 대사 산물에 이르기까지 여러 가지 인자들이 줄기세포의 표현형을 변화시키는 것으로 확인되고 있으며, 이들 외부 환경 신호들이 단순히 줄기세포에만 영향을 미치는 것이 아니라 나아가 조직의 항상성 유지에 관여한다는 점이 강조되고 있다. 이와 같은 흐름은 줄기세포를 단순히 내재적인 프로그램에 따라 행동하는 고립적인 개체로 보는 것이 아니라, 복잡한 조직 환경 내에서 복합적인 신호에 대하여 동적으로 반응하는 존재로 이해하려는 패러다임 전환을 반영한다.

외부 자극에 대한 반응 중에서도 조직 재생 중 줄기세포와 주변 미세환경 간의 상호 작용을 연구하기에 피부는 특히 적합한 모델을 제공한다. 피부는 면역세포, 섬유아세포 등 다양한 세포군과 이들 유래의 신호들이 밀접하게 교차하는 조직인데, 신체를 외부 환경으로부터 보호하는 주요 방어 장벽의 역할을 하는 장기로서, 다양한 물리적, 화학적 손상에 지속적으로 노출되어 있다. 이처럼 끊임없는 손상에 대응하여 피부는 뛰어난 재생 능력을 발휘하며, 조직 자체의 항상성 유지 뿐만 아니라 내부 장기의 손상 및 감염에 대한 방어의 역할까지 함께 수행하게 된다. 피부의 뛰어난 재생 능력에는 표피 줄기세포와 모낭 줄기세포를 포함한 조직 내 다양한 줄기세포들이 핵심적인 역할을 한다. 흥미로운 점은, 피부가 손상되었을 때 이들 줄기세포들이 ‘니치(niche)’라고 불리는 자신들의 원래 구역을 벗어나 창상 부위로 이동하고, 이 과정에서 기존의 세포 정체성을 변환하다는 점이다. 예를 들어 피부에 창상이 발생할 경우, 모낭 줄기세포는 모낭에서 벗어나 상처 부위로 이동하며 창상 수복을 돕는데, 이 과정에서 모낭 줄기세포의 마커 뿐만 아니라 표피 줄기세포 마커도 동시에 발현하는 ‘lineage plasticity’ 현상을 보이게 된다. 줄기세포가 기존의 구역을 이탈하고 새로운 정체성을 보이는 현상은 세포의 내재적인 프로그램 조절만으로는 쉽게 설명될 수 없으며, 손상된 조직의 미세환경에서 유래하는 외부 신호들이 세포의 활성 및 표현형 변화에 영향을 미쳤을 가능성을 다시 한번 시사한다.

본 리뷰에서는 최근 발표된 두 편의 연구 논문을 기반으로 하여, 피부 재생 과정에서 조직 미세 환경 내 여러 가지 신호가 시공간적으로 어떻게 조율되어 줄기세포의 운명과 조직 재생 과정을 조절하는지를 살펴보고자 한다.

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