美 연구팀, 고지방 식단 생쥐 장 줄기세포 분석…
“식단 바꿔도 염색질 변화 남아”
고지방 식단을 오래 먹으면 장 줄기세포의 유전자 조절 환경에 변화가 생기고, 식단을 정상화한 뒤에도 그 흔적 일부가 남아 이후 고지방 식단에 다시 노출됐을 때 종양 성장을 촉진할 수 있다는 생쥐 실험 결과가 나왔다.
미국 애리조나주립대 미야코 마나 교수팀은 13일 국제 학술지 스템 셀 리포트(Stem Cell Reports)에서 생쥐에게 24주 동안 고지방 서구식 식단을 먹이는 실험을 통해 장 줄기세포의 변화를 분석, 이런 사실을 확인했다고 밝혔다.
연구팀은 이 연구는 고지방 식단이 장 줄기세포에 장기간 지속되는 변화를 남겨 이후 고지방 식단에 더 민감하게 반응하도록 만들며, 유전적 돌연변이와 함께 작용해 종양 발생 가능성을 높일 수 있음을 시사한다고 말했다.
사람들은 평생 약 25명 중 1명이 대장암에 걸리며, 비만은 대장암 위험을 30~50% 높인다. 대장암은 일반적으로 장 안쪽 표면 세포가 낡아 없어질 때 이를 보충하는 새 세포를 만드는 장 줄기세포가 통제되지 않고 증식할 때 발생할 수 있다.
연구팀은 장 줄기세포는 영양 상태에 따라 대사 활동과 유전자 작동 방식이 달라지고 세포 기능과 증식·분화에도 영향을 받지만, 이런 변화가 DNA를 둘러싼 염색질 구조에 장기간 흔적을 남기는지는 명확하지 않았다고 지적했다.
연구팀은 생쥐를 두 집단으로 나눠 생후 8주부터 24주간 한쪽은 일반 사료를, 다른 쪽은 고지방 사료를 먹인 뒤 소장을 채취해 장 줄기세포의 증식 정도와 기능을 확인했다. 또 분리한 장 조직을 배양해 줄기세포가 오가노이드(작은 장 조직구조)를 얼마나 잘 형성하는지 비교했다.
이어 유전체 분석법(ATAC-seq)으로 DNA를 감싸고 있는 염색질 중 어느 부분이 열려 있어 유전자 조절이 쉬운 상태인지 조사하고, 식단을 정상화한 뒤에도 그 변화가 남아 있는지 분석했다.
그 결과, 고지방 식단을 먹은 생쥐는 저지방 식단 집단보다 체중이 더 많이 늘었고 장 줄기세포 수도 증가했으며 세포 증식도 더 활발해진 것으로 나타났다.
또 고지방 식단은 DNA를 감싸고 있는 단백질과 DNA가 이루는 염색질의 구조에도 광범위한 변화를 일으켰다. 염색질은 DNA를 세포 안에 정리해 보관하는 구조로, DNA의 어느 부분이 얼마나 드러나 있는지에 따라 유전자 조절 단백질이 접근하기 쉬운 정도가 달라진다.
연구팀은 이 변화는 DNA 염기서열 자체가 바뀌는 돌연변이와는 다르다며 고지방 식단이 기존에 열려 있던 염색질 조절 영역의 접근성을 바꾸는 방식으로 장 줄기세포의 대사·면역 관련 유전자 조절 환경을 변화시킨다고 설명했다.
이어 고지방 식단을 저지방으로 바꾸자 장 줄기세포의 증식과 종양 성장 촉진 효과는 점차 줄어들고, 4주 뒤에는 장 줄기세포의 기능적 특성과 종양 병변 크기가 대조군 수준에 가까워졌다.
그러나 고지방 식단으로 접근성이 증가했던 염색질 영역 중 약 18%는 일반 사료로 바꾼 지 4주가 지난 뒤에도 접근성이 증가한 상태를 유지해 염색질 변화가 완전히 사라지지는 않았다.
특히 고지방-저지방-고지방으로 식단을 변경한 생쥐의 장 줄기세포는 처음 고지방 식단에 노출된 생쥐보다 오가노이드를 더 잘 형성하고 장 선종도 더 크게 자랐다.
이는 고지방 식단으로 인한 발생한 염색질 변화가 식단을 바꿔도 일부 유지되고, 다시 고지방에 노출되면 더 민감하게 반응할 수 있음을 시사한다.
연구팀은 이 연구는 고지방 식단이 장 줄기세포에 남기는 염색질 변화가 이후 식이 자극에 대한 반응을 바꾸고 종양 성장에 영향을 줄 가능성을 보여준다며, 식단과 대장암 발생 사이의 관계를 이해하려면 이런 세포 수준의 장기적 변화도 살펴볼 필요가 있다고 강조했다.
다만 이 연구는 생쥐의 소장 줄기세포를 대상으로 한 실험으로 사람의 대장암 발생 위험을 직접 확인한 것은 아니라며 이 결과를 사람에게 그대로 적용하거나 고지방 식단이 사람의 대장암을 일으킨다고 단정할 수는 없다고 덧붙였다.
◆ 출처 : Stem Cell Reports, Dominic R. Saiz et al., “Diet-induced chromatin states influence intestinal stem cell behavior”, http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2026.103146
