향후 새로운 치료제 개발 기대
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(서울=포커스뉴스) 국내연구진이 미토콘드리아의 세포내 특정 단백질의 변화가, 미토콘드리아 내 칼슘을 조절해 신경줄기세포의 유지와 세포분열에 영향을 미침을 규명했다.
이번 연구결과는 향후 미토콘드리아 칼슘 및 생체에너지 항상성 조절을 통한 암, 대사질환, 및 신경퇴행성질환 치료제 개발에 새로운 표적으로 활용될 것으로 기대된다.
한국생명공학연구원(원장 장규태, 이하 생명연) 위해요소감지BNT연구단 이규선 박사(공동 제1저자)와 이성수 박사(공동 제1저자, 한국기초과학지원연구원)가 스탠포드 의과대학과 공동 수행한 이번 연구는 생물학 분야의 세계적 저널인 Cell지의 자매지(Developmental Cell) 4월18일자(한국시각 4월19일) 온라인 판에 게재됐다.
세포내 대표적 세포소기관인 미토콘드리아는 영양분으로 흡수된 포도당으로부터 해당 과정과 산화적 인산화 과정을 통해 세포의 주요 에너지원인 ATP(아데노신삼인산)를 생성하는 세포내 발전소와 같은 역할을 수행한다.
또한 미토콘드리아는 최근 세포내 칼슘 농도 항상성에 관여하는 소기관으로 주목받고 있으며, 세포내 칼슘의 주요 저장고인 소포체와 상호작용을 통해 칼슘을 흡수, 세포 에너지 대사 활성 및 세포사멸을 조절한다.
만약 미토콘드리아의 칼슘이 부족해지면, ATP 생성이 감소해 세포의 생명 유지기능이 저하된다.
반대로 미토콘드리아 칼슘이 과도하게 증가하면 세포 사멸을 유도하는 등 미토콘드리아 칼슘 항상성의 붕괴는 미토콘드리아의 기능 이상과 밀접하게 관련돼 있다.
미토콘드리아의 기능 이상은 대사질환, 신경퇴행성질환, 근골격계질환 등 다양한 질환의 원인이 될 뿐만 아니라 노화 촉진의 주요한 원인으로 알려져 있다.
특히 암세포 및 줄기세포는 정상세포에 비해 세포 증식이 활발하게 이뤄지는 특징을 가지며, 이를 위해 많은 양의 ATP를 필요로 하게 된다.
이처럼 미토콘드리아의 칼슘 농도에 의해서 조절되는 미토콘드리아의 대사 활성은 암세포 및 줄기세포의 활용에 있어 중요한 기초 연구 자료로 활용될 수 있으나, 아직까지 많은 부분이 잘 알려져 있지 않다.
이런 사실을 바탕으로 연구팀은 소포체와 미토콘드리아 세포소기관 상호작용을 조절해 신경줄기세포의 유지를 위해 미토콘드리아 칼슘 항상성을 조절하는 신호기전을 최초로 규명했다.
연구팀은 미토콘드리아에 존재하는 Miro 단백질이 Polo kinase 효소(대표적 인산화 효소)에 의해 인산화 돼 미토콘드리아를 소포체로 이동시켜 칼슘 흡수를 촉진한다는 것을 발견했다. 또한 미토콘드리아 칼슘 농도에 따라서 신경줄기세포의 자가재생산 활성을 조절하는 것을 알아냈다.
연구팀은 실험을 통해 Miro 유전자가 결여된 초파리 유충의 뇌에서 신경줄기세포의 숫자가 현저하게 감소됨을 확인했으며, Miro를 인위적으로 과발현시켰을 경우에도 신경줄기세포의 숫자가 감소함을 확인했다.
이때, 인산화된 Miro 단백질은 미토콘드리아와 소포체간의 접촉면을 증가시켜 미토콘드리아가 소포체로부터 칼슘을 흡수할 수 있도록 해고, 이를 통해 신경줄기세포 자가재생산에 필요한 다량의 에너지를 생성할 수 있게 하는 것으로 나타났다.
이규선 박사는 “이번 연구 성과는 신경암 및 신경퇴행성질환을 효과적으로 치료하기 위해서는 미토콘드리아의 칼슘 항상성을 조절하는 것이 중요하다는 사실을 밝힌 것”이라고 말했다.
이어 “새롭게 규명된 Polo-Miro 단백질의 상호작용을 통해 조절되는 미토콘드리아 칼슘 조절 기전과 이에 연관된 다양한 칼슘 조절 인자들을 동시에 표적으로 하는 신약 개발은 효율적 암 치료제뿐만 아니라 신경퇴행성질환, 염증 질환, 심혈관 질환, 근육노화 및 노인성 관련 질환 등의 치료제 개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.Polo-Miro(미토콘드리아에 존재하는 단백질)에 의한 미토콘드리아 칼슘 항상성 유지 기전 <사진출처=한국생명공학연구원>
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