도롱뇽은 되고 인간은 안 되는 이유, 유전자가 아니었다

도롱뇽과 개구리 올챙이는 사지가 절단되어도 완전히 재생된다. 포유류는 그렇지 못하다. 수백 년간 생물학자들을 괴롭힌 이 질문에 대해 스위스 연방공과대학교(EPFL)와 막스플랑크학회 공동 연구팀이 새로운 답을 내놓았다. 4월 8일 국제 학술지 《사이언스()》에 발표된 이 연구는 재생 능력의 차이가 유전자가 아닌 산소 감지 메커니즘에 있다고 밝혔다.

왜 이 발견이 중요한가

Can Aztekin이 이끄는 연구팀은 개구리 올챙이와 생쥐 배아를 대상으로 비교 실험을 진행했다. 사지를 절단한 뒤 산소 농도를 조절한 환경에서 재생 반응을 관찰한 결과, 생쥐 배아 세포에서도 산소 농도를 낮추면 상처 봉합 속도가 빨라지고 재생 관련 유전자가 활성화되는 것을 확인했다.

핵심은 단백질 HIF1A(저산소증 유도인자 1-알파)다. 이 단백질을 인위적으로 안정화하면, 산소 농도를 직접 낮추지 않아도 유사한 재생 반응이 나타났다. 즉, 포유류 조직 안에 재생 프로그램이 잠든 채로 존재하며, 산소 감지 신호만 조절해도 이를 깨울 수 있다는 것이다.

이는 재생 의학 분야에 중대한 전환점이 될 수 있는 발견이다. 지금까지 포유류의 재생 불능은 '진화적으로 상실된 기능'으로 여겨졌지만, 이번 연구는 해당 기능이 억제된 상태로 보존되어 있을 가능성을 제시하기 때문이다.

양서류 재생의 비밀, 산소 억제에 있었다

연구팀은 양서류가 자연적으로 산소 감지 기능을 억제한다는 사실도 밝혔다. 수중 환경에 사는 도롱뇽과 올챙이는 대기 중 포유류보다 산소 농도가 낮은 환경에 노출되어 있으며, 이로 인해 HIF1A 신호 경로가 상시 활성화 상태를 유지한다. 결과적으로 절단 후 즉시 재생 프로그램이 작동할 수 있는 준비가 되어 있는 셈이다.

반면 포유류는 대기 산소 농도가 높고, 이를 억제하는 메커니즘이 발달해 있어 같은 경로가 평소에 차단되어 있다. 연구팀은 이 차이가 단순히 유전자 유무의 문제가 아니라, 산소 감지 신호의 조절 방식에서 비롯된다고 설명했다.

수십 년간의 연구는 양서류의 독특한 유전자 구성에 주목해왔다. 그러나 포유류와 양서류가 재생 연관 유전자를 상당 부분 공유하고 있다는 사실은 이미 알려져 있었다. 이번 연구는 바로 그 점에서 출발했다. 유전자는 비슷한데 왜 결과가 다른가. 연구팀은 그 답을 유전자 발현을 제어하는 상위 환경 요인, 즉 산소 감지 체계에서 찾아낸 것이다.

재생 의학의 미래

HIF1A 안정화 약물은 이미 신장 질환 치료에 일부 활용되고 있어, 재생 의학으로의 적용 연구가 비교적 빠르게 진행될 가능성이 있다.

다만 배아 세포와 성체 세포 간의 차이, 국소적 산소 조절의 기술적 난제, 저산소 환경 유도에 따른 부작용 위험 등 해결해야 할 변수들이 남아 있다. 연구팀은 이번 발견이 포유류 재생 치료의 청사진이 될 수 있다고 밝혔으나, 임상 적용까지는 추가 검증 단계가 필요하다는 점도 강조했다.

과학계 일각에서는 이번 연구가 '재생 의학의 패러다임 전환'의 시작점이 될 것이라는 평가도 나온다. 유전자 편집이 아닌 생리적 신호 조절만으로 잠재된 재생 능력을 끌어낼 수 있다면, 치료 접근법의 복잡성과 윤리적 쟁점이 크게 줄어들 수 있기 때문이다.