바이오인

출처 : 생화학분자생물학회 TiBMB

신개념 치료표적으로써의 암세포 포도당 대사 경로

박인철  한국원자력의학원 방사선의학연구소

서론

1956년 독일 생리학자인 Otto Heinrich Warburg 박사는 “Science” 지에 암세포는 정상세포와는 달리 미토콘드리아의 산화적 인산화(Oxidative Phosphorylation)를 통한 에너지 생산보다는 세포질의 해당과정(Glycolysis)을 통해 에너지를 생산한다는 것을 제시하였다 (1). 현재 이러한 암세포 포도당 대사 현상을 최초 발견자의 이름을 따서 “Warburg 효과”라 명명하였다. 정상세포는 산소가 존재하는 환경에서는 해당과정을 통한 산화적 인산화에 의해 포도당을 물과 이산화탄소로 완전히 산화시키면서 에너지를 생산하나 산소가 결여된 환경에서는 포도당을 피루브산(Pyruvate)으로 산화한 후 다시 젖산(Lactate)으로 환원하는 해당 경로를 선택한다. 반면에 암세포는 산소의 존재여부와는 상관없이 젖산을 생산하는 포도당 해당과정을 선호하기 때문에 “Aerobic Glycolysis”라고도 명명한다. 현재까지 이러한 암세포 포도당 대사는 다양한 암종에서 확인되었으며 Robert A. Weinberg 박사는 이러한 현상을 차세대 암세포 특징 중 하나로 2011년 “Cell” 지에 제시한 바 있다 (2).

Warburg 박사는 암세포 포도당 대사 재프로그램화 현상은 미토콘드리아의 산화적 인산화 경로에 결함이 존재하기 때문이며, 따라서 암세포는 해당과정만으로 ATP를 생산하여야 할 것이라고 가정하였다 (1). 해당과정을 통한 ATP 생산성은 산화적 인산화보다 비효율적이기 때문에 암세포는 충분한 ATP를 생산하기 위하여 해당과정을 매우 높은 수준으로 수행하여야 한다. 그러나 이러한 Warburg 박사의 가정은 현재 다양한 연구결과로 인하여 계속해서 도전받고 있는 실정이다. 왜냐하면 다양한 암종의 암세포에서 산화적 인산화 경로에 문제가 있거나 또는 미토콘드리아의 결함이 없는데도 불구하고 해당작용 경로가 우세하게 관찰되기 때문이다. 또한 우세한 해당과정은 단순히 ATP를 생산하기 위하여라기보다는 빠르게 성장하는 암세포의 세포구성물질 합성에 필요한 뉴클레오티드, 지질, 아미노산 등과 같은 전구물질을 생산하기 위하여 필수적이다라는 연구결과들이 계속해서 보고되어 왔다. 게다가 많은 양의 활성산소종(ROS, Reactive Oxygen Species)이 정상세포에서보다 빠르게 성장하는 암세포에서 우세하게 생성되는데 이를 제거하기 위한 NADPH의 생산에도 암세포 포도당 대사가 매우 중요한 역할을 한다라는 결과들도 지속적으로 보고되고 있다 (3). 따라서 이러한 암세포 포도당 대사경로는 끊임없이 변화하는 종양미세환경(Tumor Microenvironment)내에서 빠른 성장과 생존을 위한 암세포의 전략적 움직임이라 할 수 있다.

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