현미경으로 보는 세포 고속도로
신경세포 사진으로 퇴행성 신경질환에 대한 정보 제공
추상적인 엉겅퀴처럼 보이는 이것은 사실 쥐의 뇌종양에 있는 신경세포다. 이 이미지와 관련된 연구는 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 기원을 밝히고 오랫동안 기다려온 치료법의 토대를 마련할 수 있다. 이 사진은 제50회 Nikon Small World 대회에서 우승한 작품이다.
▲ Bruna Cisterna는 쥐의 뇌종양에 있는 신경 세포를 보여주는 이 사진으로 Nikon Small World 대회에서 우승했다.
© Dr. Bruno Cisterna und Dr. Eric Vitriol/Nikon Small World
보건복지부의 '시군구별 치매 현황'에 따르면 2022년도 우리나라 65세 이상 알츠하이머 치매 환자 수는 70만6719명으로 전체 노인 치매 환자 수 92만4870명에서 약 76%를 차지했다.
독일에서는 약 150만 명이 알츠하이머병을 앓고 있다. 이 질병은 신경퇴행성 질환으로, 근위축성측삭경화증(ALS), 파킨슨병, 크로이츠펠트-야콥병과 마찬가지로 신경세포의 점진적인 손실로 인해 발생한다. 이 신경퇴화의 원인이 정확히 무엇인지는 부분적으로만 알려져 있다. 유전적 요인, 환경적 영향, 특정 바이러스 감염이 결정적인 역할을 할 수 있다.
미세한 “고속도로”
“신경퇴행성 질환의 주요 문제 중 하나는 원인이 무엇인지 완전히 이해하지 못한다는 것이다. 효과적인 치료법을 개발하려면 먼저 기본 사항을 이해해야 한다”고 미국 조지아주 오거스타 대학의 브루노 시스터나(Bruno Cisterna)는 설명했다. 그는 그의 팀과 함께 세포골격의 변화가 어떻게 신경세포에 문제를 일으키고 세포 사멸을 일으킬 수 있는지 조사했다. 연구팀은 위의 사진도 촬영했다.
여기에 녹색과 흰색으로 표시된 세포골격은 세포를 안정화시키는 역할을 한다. 신경세포의 세포핵은 보라색으로 보인다. 세포골격에는 운동 단백질의 "고속도로" 역할을 하는 소위 미세소관도 포함돼 있다. 사진에서는 녹색 실처럼 보인다.
목적지에 더 빨리 도달하는 것이 항상 유리한 것은 아니다.
Cisterna와 그의 동료들은 신체에서 흔히 발견되는 단백질 profilin-1이 세포골격의 구조뿐만 아니라 미세소관의 유지에도 역할을 한다는 것을 발견했다. 실험에서 단백질의 방출이 감소하면 더 많은 미세소관이 형성되었다. 게다가, 단백질의 부족은 미세소관 고속도로의 속도를 증가시켰다. 세포 소기관은 A에서 B로 더 빠르게 이동했다.
세포골격의 이러한 변화는 언뜻 보기에는 드라마틱하게 들리지 않을 수 있지만, 알츠하이머병이나 루게릭병(ALS)과 같은 신경퇴행성 질환에서도 볼 수 있듯이 세포 변화나 손상을 초래할 수 있다. 정확한 연관성에 대해 더 많이 알아내면 신경퇴행의 기원에 대해 더 많은 것을 밝혀낼 수 있고 심지어 치료로 이어질 수도 있다.
많은 인내심
치료법을 찾을 때에만 인내심이 필요한 것이 아니다. Cisterna는 위의 사진을 찍는 데에도 많은 인내심이 필요했다. “세포가 명확하게 보이도록 염색 과정을 완성하는 데 약 3개월이 걸렸다”라고 연구원은 말했다. 정확한 순간을 포착하려면 현미경을 통해 3시간 동안 관찰해야 했다. 이러한 인내심 덕분에 그는 이제 Nikon Small World 대회에서 1위를 차지하게 되었다.
1975년부터 이 대회는 연구원과 일반인이 현미경을 통해 촬영한 최고의 사진을 선정해 왔다. 창의성과 예술적 영향력 외에도 심사위원단은 수상 이미지를 선택할 때 정보 내용과 기술적 능력도 고려한다.
출처: Nikon Small World, Journal of Cell Biology