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Nature 제공
물체에 오른쪽으로 힘을 주면 당연히 오른쪽으로 이동한다. 아이작 뉴턴의 가속도의 법칙에 따라 힘의 방향으로 가속도가 발생하기 때문이다. 이 개념은 발생 생물학 분야에서도 똑같이 적용된다. 분화 중이거나 성장하는 세포는 구역의 밀도와 접착력이 외부의 힘처럼 작용해 마치 일반적인 고체나 액체 물질처럼 방향성을 갖고 움직일 수 있다는 것이다.
국제학술지 ‘네이처’는 21일 수많은 세포가 한쪽 방향으로 흘러내리듯 움직이는 모습을 표지에 담았다. 지난 5일 발표된 오트가 컴파스 미국 산타바바라 캘리포니아대 교수 연구진이 제브라 피쉬의 발생과정 중 배아세포(수정란)가 어떻게 움직이는지 관찰한 연구 내용을 형상화한 것이다.
제브라 피쉬는 심장이나 간, 췌장, 신장, 흉선 등 사람이 가진 대부분 장기를 가지고 있는 데다 유전자가 약 70%가량 사람과 같아 발생학 연구 많이 사용된다. 연구진은 제브라피쉬의 머리가 될 부위(앞쪽)에서 꼬리가 될 부위(뒤쪽)를 잇는 축을 중심으로 각각의 배아세포들이 자리를 찾아가는 과정을 밝혔다.
연구진은 배아세포가 처음 5시간 안에 꼬리 쪽 부위에서 신장이나 심장 등으로 분화되는 중배엽전구세포(MPZ)들이 생겨 몸통이 될 중간 부분으로 이동하고 그 빈자리에선 척추를 형성할 체절 발생전구중배엽세포(PSM)가 생성되는 것을 확인했다.
컴파스 교수는 “밀도가 높아진 세포들의 집합은 서로의 접착력에 이끌려 마치 유체처럼 흐르듯 함께 이동한다”며 “이후 세포가 성숙하면 고체처럼 움직임이 다소 떨어지게 된다”고 설명했다. 아직 세포들을 이어주는 수용체가 발현되지 않은 상황에서 세포가 집단으로 이동하는 것을 확인했다는 것이다.
연구진이 생체 밖에서 제브라 피쉬 배아세포의 발생과정 중 발생하는 힘의 공간 분포를 분석한 결과, 꼬리 쪽의 MPZ가 이동할 때 증가하는 힘의 기울기를 확인했다. 컴파스 교수는 “전체적인 힘이 증가하는 기울기를 가진 함수로 나타난 것은 이들이 이동하는 방향으로 힘이 발생해 작용하는 것”이라며 “하지만 생체 내에서 각각의 배아세포 간에 작용하는 힘을 측정하는 것은 현재 기술로는 어려운 상황”이라고 말했다.