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제목 [일반] T 세포는 이동전략을 이용하여 기생충을 추적한다 등록일 2012.06.07 12:02
글쓴이 앞선넷 조회 661

면역시스템의 기능에 대한 자세한 지식과 통계물리학적 이해를 통합하여 미국 펜실베니아 대학 (University of Pennsylvania)의 연구팀은 놀라운 발견을 발표했다: T 세포는 이동전략을 이용하여 기생충을 추적한다는 것이다. 이 T 세포는 원숭이나 상어 그리고 참다랑어와 같은 육식동물들이 먹이를 사냥할 때 사용하는 방법과 유사하다. 면역세포의 운동패턴에 대한 새로운 관점을 통해서 과학자들은 면역시스템의 기능에 대한 좀더 정확한 모델을 만들 수 있을 것이며 암에서 HIV/에이즈 그리고 관절염까지 다양한 질병과 싸울 수 있는 새로운 접근법을 개발할 수 있을 것이다.
이 연구는 펜실베니아 대학 수의학대학의 병리학 교수이며 이번 연구의 수석 저자인 크리스토퍼 헌터 (Christopher Hunter)와 물리학과의 교수인 안드레아 류 (Andrea Liu), 수의과대학의 박사후 연구원인 타지 해리스 (Tajie Harris) 그리고 물리학과 대학원 연구원인 에드워드 배니건 (Edward Banigan)의 협력연구를 통해서 이번 결과를 발견하게 되었다.

학술지 ‘네이처’지에 실린 이번 연구는 톡소포자충 (Toxoplasma gondii)라는 기생충에 감염된 실험쥐를 대상으로 이루어졌다. 이 단세포 병원체는 인간과 동물에서 일상적으로 나타나는 감염의 원인이다. 전세계 인구의 약 1/3이 뇌에 이 병원체에 의한 잠복형태의 감염상태에 있는 것으로 알려지고 있다. 하지만 HIV/에이즈나 조직이식수술을 받은 사람과 같이 면역체계가 약화된 사람들에게서 이 감염은 뇌염증과 심지어 사망과 같은 심각한 결과를 가져올 수 있다. 이전 연구에서 중요한 면역세포형태인 T-세포는 톡소포자층에 의해 발생하는 질병을 예방하는데 있어서 중요하다는 점을 보여주었다. 이번에 발표된 새로운 연구에서 펜실베니아 대학의 연구자들은 감염된 실험쥐를 자연적 모델시스템으로 삼고 어떻게 뇌에서 T-세포의 이동이 인간의 감염통제능력에 영향을 주는가를 조사했다.

면역학자들 중에서 면역세포의 움직임은 케모카인 (chemokines)으로 불리는 신호단백질에 의해 조정된다고 믿고 있다. 펜실베니아의 연구팀은 특정한 케모카인인 CXCL10과 그 수용체가 독소포장충에 감염된 실험쥐의 뇌에서 엄청나게 생산된다는 사실을 발견했다. CXCL10이 차단되었을 때 이 실험쥐들은 낮은 수준의 T-세포가 존재하고 기생충의 숫자는 증가하게 되고 활동적으로 기생충을 재생산하게 된다. 그 뒤에 연구자들은 톡소포자충에 감염된 실험쥐의 살아있는 조직에서 개별 T-세포의 실질적인 운동패턴을 찾아내려고 시도했다. 이 연구는 실시간으로 삼차원으로 살아있는 조직을 보여줄 수 있는 강력한 현미경과 연관된 기술인 다광자 영상법 (multi-photon imaging) 기술로 가능하게 되었다. 이러한 접근법을 이용하여 연구팀은 CXCL10이 T-세포가 감염을 찾고 통제하는 능력에 대한 속도에 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다.

면역학자들이 T-세포 이동패턴을 고려하면서 많은 연구자들은 T-세포는 감염된 세포를 찾기 위해서 매우 직접적으로 이동하게 된다고 생각했다. 하지만 연구자들이 T-세포의 이동을 분석하면서 자신들의 예상을 완전히 빗나갔다는 사실을 발견했다: T-세포는 직접적인 움직임을 보이지 않았다. 이 지점에 통계물리학자인 류와 배니건이 참여했다. 류는 “우리는 이들 움직임을 양화할 수 있는 완전한 방법을 찾았으며 표준적인 모델은 전혀 적합하지 않다는 사실을 발견했다. 그 뒤에 우리는 이 움직임의 궤적에 아름답게 적합한 모델을 찾게 되었다”고 말했다. 배니건은 “이 모델은 정확한 경로를 보여주었다. 이 경로는 매우 흥미로운 강력한 특징을 보여준다”고 말했다. 이 모델은 레비의 길 (Levi walk)이라 알려졌다.

이 경로 또는 수학적으로 특정화된 경로는 많은 짧은 움직임으로 이루어진 경향을 갖고 있으며 가끔씩 긴 이동형식을 보여주고 있다. 하지만 이 모델은 완전히 데이터와 일치하지 않았다. 배니건은 “그보다 이 레비의 길 모델에서 나타나는 다양성을 조사해야 했다”고 말하면서 그 이유는 T-세포가 짧은 움직임과 긴 이동 사이에 움직임이 중단되었기 때문이다. 이것은 세포의 움직임처럼 이러한 행동중단은 보통 짧지만 때로는 길게 나타난다. 이것은 사람들이 집에서 열쇠를 잘못 사용했을 때 일어나는 전략과 비슷한 모델이다. 그는 “키를 잃어버렸을 때 어떻게 열쇠를 찾는가? 한 곳을 우선 한 동안 조사하고 그리고 다른 곳으로 이동하여 조사하게 된다”고 말했다. 류는 “이것은 무엇인가를 찾을 때 효과적인 방법이다”고 말했다.

실지로 이 연구팀이 다른 전략에 대해서 레비의 전략을 일반화 모델을 만들 때 연구자들은 레비의 길이 희귀한 표적을 찾기 위한 효과적인 기술이라는 점을 확인했다. 이것은 대부분 정상적인 조직 가운데서 희박하게 분포되어 있는 기생충을 찾는 T-세포에서는 이해가 되는 것이다. 흥미롭게도 T-세포는 표적을 찾기 위해서 레비-형태의 전략을 사용하는 유일한 존재가 아니다. 몇몇 육식동물들은 이와 유사하게 움직인다. 즉, 짧은 거리를 많이 움직이고 그 사이에 장거리 움직임을 통해 먹이를 찾는다. 이러한 전략은 특히 해양포식자에게서 일상적으로 나타난다. 예를 들어 다랑어와 상어, 동물성 플랑크톤 그리고 거북이와 펭귄등이 포함된다.
그리고 거미원숭이와 꿀벌도 희귀한 먹이를 찾아서 동일한 방법을 사용한다. 이와 같은 육식동물과 같은 전략은 기생충이 포식자의 감시를 피하기 위해서 진화했기 때문이다. 헌터는 “많은 병원체들은 어떻게 몸을 숨겨야 하는지 알고 있다. 그래서 T-세포는 그 표적을 향해 직접적으로 움직이지 않는다. T-세포는 실제로 병원체가 숨어있는 지점에 들어갈 필요가 있다”고 말했다. 이 모델은 또한 암과 다른 면역매개질환과 연관된다고 헌터는 주장했다. 그는 “기생충을 찾는 대신에 이들 T-세포는 암세포를 찾을 수 있다”고 그는 말했다. 무엇이 T-세포 운동을 통제하는가에 대해 이해함으로써 “이들 병원체를 알아내는데 있어서 T-세포가 좀더 효율적으로 만들 수 있는 전략이 있을 수 있다”고 말했다.

물리학적인 측면에서 레비의 길 모델은 새로운 것은 아니다. 반면에 T-세포가 짧은 거리의 움직임이나 먼거리 운동 사이의 멈춤은 다른 맥락에서 경로를 찾아내는 상황에 대해서 이전에는 알 수 없었다”. 류는 “물리학적 관점에서 움직이고 멈추는 방식은 새로운 모델이다. 생물학적 현상은 다른 생각하지 못했던 문제를 서명할 수 있게 된 것이다”고 말했다. 펜실베니아의 연구팀은 다른 세포형태의 움직임을 조사하고 있으며 다른 특이한 파트너십이 효과적일 수 있다는 점을 보여주고 있다.

원문참조: Tajie H. Harris, Edward J. Banigan, David A. Christian, Christoph Konradt, Elia D. Tait Wojno, Kazumi Norose, Emma H. Wilson, Beena John, Wolfgang Weninger, Andrew D. Luster, Andrea J. Liu, Christopher A. Hunter.Generalized Levy walks and the role of chemokines in migration of effector CD8 T cells. Nature, 2012; DOI:10.1038/nature11098

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2012/05/120527153816.htm (GTB)

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