흰머리가 생기는 원인은?

머리의 색을 결정하는 줄기세포는 계속 성숙과 미성숙상태를 오가면서 색소를 만든다.

사람이 늙듯이 줄기세포의 성숙단계도 한 방향으로만 일어난다고 알고있었다: 미분화된 줄기세포가 일단 특정 종류의 세포읠 길로 들어가면 되돌아가지 못한다는 것이다. 하지만 머리카락이나 피부에 색소를 만드는 세포로 분화할 멜라닌세포 줄기세포(melanocyte stem cell, McSC)의 경우는 그렇지 않은 것으로 보인다.

모낭(hair follicle)을 연구하는 New York University(NYU) 연구진의 최근 연구에 따르면 미세환경에 따라 McSC가 분화와 미분화상태를 오갈 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구진은 모낭이 나이가 들면서 많은 수의 멜라닌세포가 미분화상태에 갇혀 성숙되지 못하고 멜라닌합성도 하지 못하게 된다는 사실을 알아냈다. 이들이 Nature에 발표한 결과는 줄기세포분화에 대한 과거의 견해에 반론을 제기할 뿐 아니라, 머리가 왜 하얘지는 지에 대한 해답을 제시하기도 한다.

“처음 이 연구를 시작할 때만 해도 우리는 멜라닌세포도 고전적인 줄기세포 모델을 따를 것이라고 생각했죠.” NYU의 박사후 연구원이면서 이 논문의 공동 저자인 Qi Sun의 말이다. 과거 모델에 따르면 줄기세포 중 일부는 남아 줄기세포군을 유지하고 일부는 초기세포로 분화하여 결국 멜라닌을 합성하는 성숙한 세포가 된다는 것이다.

NYU의 세포학자인 Mayumi Ito의 지도를 받는 Sun과 동료들은 McSC가 다른 일반 줄기세포들과 같이 행동하는지 알고 싶었다. 유전공학적으로 McSC에 형광단백질이 발현되도록 만든 쥐를 사용하였고 주기적으로 이 세포들의 위치를 추적하였다. 세포의 형태와 분화지표 유전자(색소과련 유전자)들의 발현을 통해 분열을 멈추었을 때 세포의 성숙 정도를 알아보았다.

연구진들은 McSC가 팽대부(bulge; 모낭의 통통한 부분)라고 부르는 부위에 위치하는 것이 아니라 그 아래쪽에 붙어있는 털싹(hair germ)에 위치한다는 것을 알고 놀랬다. 털이 자라기 시작하면 McSC가 반 분화된 상태로 바뀌며 자라는 털의 아래쪽에서 완전히 분화된 멜라린세포로 색소를 만들거나 더 위쪽 팽대부로 이동하여 미분화된 상태로 존재한다. 그리곤 이 세포들은 다시 아래쪽 털싹으로 이동하여 세포분열의 휴지기로 들어간다.

이 세포의 분화가 위치에 따른 다는 사실을 알게 되면서, 이 연구진들은 각 부위에서 어떤 신호가 이런 변화를 유도하는지 조사하였다.  Ito 그룹은 예전에 McSC의 분화에 Wnt신호가 중요하다는 사실을 밝힌바 있다. 이 새로운 연구에서는 털싹 주위의 상피세포에서 Wnt가 분비되면서 McSC의 성숙을 유도하는데 이 신호는 팽대부에서 나오는 신호에 의해 억제되고 다시 미분화된 상태가 된다는 것을 발견한 것이다.

멜라닌세포는 털의 색을 결정하며 나이가 들면서 털의 색소가 감소한다. 그래서 연구자들은 노화한 모낭에서 McSC의 운동성에 변화가 생기면 어떤 일이 벌어질지를 알아본 것이다. 이들은 생쥐의 털을 뽑아 모낭이 재생되도록 하면서 시간을 두고 McSC를 관찰하였다. “늙은 생쥐에서는 줄기세포들이 털싹으로 가기 보다는 팽대부에 많이 남아 있다는 사실을 발견했죠.” Sun의 말이다.

이런 발견은 모낭이 나이가 들면서, McSC가 색소유도 신호가 적은 곳에 머문다는 것을 말한다. “이런 기전은 털이 빠지기 전에 색소가 적어지는 현상을 설명하기도 합니다.”라고 이 연구에 직접 참여하지 않은 Northwestern University의 Rui Yi는 말했다.

즉, 털이 자라면서 McSC가 팽대부(bulge)로 이동하며 분화하게되는데 이런 이동은 색소생성 신호가 줄어드는 원인이 되고, 이동한 세포중 일부가 다시 털싹(hair germ)으로 내려와 색소생성 신호를 빋이야 멜라닌세포의 줄기세포가 유지되는데 그렇지 못하니 McSC의 색소 생산이 줄어들고 결국 털에 색소가 줄어든다는 것이다.

비록 과학자들은 조직에 손상이 있거나 하면 세포들의 분화상태가 뒤로 갈 수 있음을 알고 있었지만, 이런 탈분화가 일반 생리조건에서도 일어날 수 있음을 보여준 것이 재미있다고, University of Pennsylvania의 피부학자이며 이 연구에 직접 참여하지 않은 George Cotsarelis는 말했다.

다만 이 연구는 모두 생쥐에서 행해졌기 때문에 사람의 경우도 그런지 알아봐야 할 것이다. 또한 “다음 연구에서는 이런 결함이 멜라닌세포의 탈분화 또는 머리색 변화의 주된 원인인지를 밝혀야 할 것입니다.”라고 Yi는 말을 맺었다.

​

<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다>

Mariella Bodemeier Loayza Careaga, PhD. Hair turns gray due to stuck stem cells. The Scientist Sep 8, 2023.

<원문의 References>

1. Sun Q, et al. Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature. 2023;616(7958):774-782.

2. Rabbani P, et al. Coordinated activation of Wnt in epithelial and melanocyte stem cells initiates pigmented hair regeneration. Cell. 2011;145(6):941-955.