망막 시각세포 진화 기원, 기존 학설 뒤엎는 가설 제시

세포 진화의 결과 간상세포에 남아있는 원추세포의 흔적 연구팀은 유전자 변이된 생쥐 모델을 이용해 원추세포를 추적할 수 있는 단백질을 발현하면 검은색으로 염색되도록 했다. 원추세포(녹색으로 표지된 세포)뿐만 아니라, 그 이외의 간상세포에서도 다량의 흔적이 남아있음을 발견했다. (좌측 사진, 생쥐의 망막층에서 녹색형광 이외의 검게 염색된 부분이 간상세포에 남아있는 원추세포의 흔적임). 연구팀은 이런 진화의 흔적을 세포에 남아 있는 `분자화석`이라 명칭했고, 이는 실제 화석(우측 사진)과 같이 매우 중요한 진화의 증거라고 보고했다.

세포 진화의 결과 간상세포에 남아있는 원추세포의 흔적. 연구팀은 이런 진화의 흔적을 세포에 남아 있는 `분자화석`이라 명칭했다. 이는 실제 화석(우측 사진)과 같이 매우 중요한 진화의 증거라고 보고했다.

기존 학설을 뒤엎는 망막 시각세포 진화 가설이 제기됐다.

김정웅 중앙대 교수·아난드 스와룹 미국 국립보건원 공동연구팀은 어두운 곳에서 사물을 인지하는 간상 시각세포는 밝은 빛을 인지하는 원추 시각세포에서 발생했다는 진화론적 사실을 발견했다고 11일 밝혔다.

원추 시각세포는 밝은 빛과 색을 인지하는 고깔 모양의 시각 신경세포다. 간상 시각세포는 어두운 곳에서 광자 하나까지도 인지할 정도로 민감한 막대모양의 시각 신경세포다. 인간을 포함한 포유동물 눈은 70%가량 간상세포로 이뤄져 있다.

김정웅 중앙대 교수

연구팀은 간상세포 발생과정에서 원추세포 흔적을 찾아내는 데 성공했다. 시각세포가 발달할 때 원추세포가 먼저 발생하고 일부가 간상세포로 진화해 어두운 곳에 적응하게 됐다는 학술적 논거를 새롭게 밝혀냈다.

연구팀은 간상세포에서만 녹색 형광이 나타나는 유전자변형 생쥐를 사용해 간상세포를 분리했다. 생쥐 망막을 발생 시기별로 수집한 후 형광 유세포 분석기를 이용해 분리 정제했다.

차세대 염기서열 분석방법을 이용한 전사체 분석으로 원추세포 특성을 보이는 유전자 흔적을 간상세포 발생과정에서 발견했다. 이런 특징은 초기 척추동물인 제브라피쉬(어류)에서는 발견할 수 없었고 포유동물(생쥐)에서만 특이적으로 발생했다. 연구팀은 유전자의 흔적인 분자화석은 간상세포가 원추세포로부터 기원했다는 결정적 증거를 뒷받침한다고 설명했다.

연구결과는 지금까지 망막을 구성하는 시각 신경세포가 각각 서로 다른 망막 기원 세포에서 유래했을 것이라는 종래의 학설을 뒤엎는 근거를 제시했다. 노인성 황반변성증, 망막 색소변성증 등 눈 질환의 새로운 치료 접근 단서를 제공한다.

연구결과를 토대로 백악기 말 지구에 빛이 차단된 오랜 기간 동안 공룡은 멸종하고 포유동물이 살아 남은 이유에 대한 새로운 해석의 가능성을 제시했다. 포유동물은 시각세포 진화로 암흑기에 적응해 주행성 포식자인 공룡을 피할 수 있었고 주행성인 공룡은 어둠 속에서 먹이를 찾을 수 없어 멸종했을 가능성이 있다는 것이다.

김정웅 교수는 “연구성과는 간상세포가 원추세포에서 기원했다는 결정적 증거를 제시한 것”이라며 “노인성 황반변성증, 망막 색소변성증과 같은 눈 질환의 발병 메커니즘의 이론적 근거를 마련했으며, 복잡한 뇌 조직 등에도 유사한 연구방법을 적용할 수 있어 기초 생명과학 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

연구성과는 학술지 디벨롭멘탈 셀(Developmental Cell) 6월 20일자 게재됐다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com