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세포소기관 이상질환과 치료전략(Therapeutics targeting organelle dysfunction)

[NRF R&D Brief 2025-3호]

◈본문

1. 세포소기관 이상의 종류와 질환 (Organelle dysfunction and diseases)

• ◯︎초고령사회에서 만성대사질환 및 노화관련질환 증가로 질환제어기술 개발의 사회경제적 수요가 증가하고 있음. 특히 이들 질환은 세포소기관 항상성 파괴 및 기능장애가 공통된 병태생리 기전이라 제시되고 있으나 (그림 1) 이에 대한 병태생리 기전 이해 부족 및 연구 방법적 제약으로 인해 질환제어 연구가 정체되고 있어, 새로운 연구기술개발 및 표적 발굴을 통한 창의적인 치료 전략 개발의 필요성이 제시되고 있음.

 그림 1. 미토콘드리아 기능장애(좌, Suomalainen et al., Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 2018) 및 소포체 스트레스(우, Lindholm et al., Front. Cell. Dev. Biol., 2017) 관련 만성 질환

• ◯︎이와 함께 유전적 소인에 의한 세포소기관 질환에 대한 제어전략 개발 연구 역시 세포 소기관 이상에 대한 명확한 병리기전 이해 부족과 연구 기술적 한계로 인해 현재는 대부분 대증적인 치료에 의존하는 상황임.

• ◯︎세포소기관 사이 물리적 연결 및 신호 전달을 통한 상호작용은 정상적인 세포 생리에 중요하며, 최근 개별 세포소기관보다는 미토콘드리아-소포체 혹은 소포체-리소좀 간의 연결구조 및 신호전달에 관한 연구의 중요성이 대두되고 있음. 또한 만성대사 및 노화질환에서 세포소기관 접촉부위(접촉면)의 이상이 중요한 병태생리임이 밝혀지고 있음 (표 1).

표 1. 세포소기관 별 접촉부위(접촉면) 병태생리 연구 동향

• ◯︎이러한 배경에서 최근에는 세포소기관들을 시스템으로 이해·접근하여, 소기관들 사이의 상호작용을 기반으로 한 세포 항상성 유지 분자기전을 이해하고, 이를 바탕으로 기능회복 표적을 발굴하는 연구로 확장되어 가고 있음. 특히 발굴되는 세포소기관 표적 단백을 유전자 이상 질환과 만성대사 및 노화 관련 질환의 진단·예후예측 및 치료 전략개발 연구에 적용하고자 하는 시도가 늘어나고 있음.

2. 왜 주목받고 있나?

• ◯︎지금까지 질환 병태생리 기전 및 치료표적 발굴에 사용되어 온 고전적인 연구방법으로는 표적 단백이 세포 내에서 작용하는 공간적 정보를 얻기 힘들기 때문에, 소기관 기능에 중요한 특정 단백을 제외하고는 세포소기관 관련성을 확인하는 데 한계가 있음.

그림 2. 미토콘드리아-소포체 칼슘 항상성 및 신호 전달의 중요성

• ◯︎이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 전자현미경 및 공초점현미경의 기술 발전으로 형태분석을 기반으로 한 세포소기관 병태생리 관련 단백들의 공간적 기능적 역할에 대한 연구 결과들이 증가하였고, 이를 통해 미토콘드리아-소포체 상호작용 및 칼슘 신호전달 관련 기전들이 세포의 증식·사멸 등 여러 기능에 관여함이 보고되고 있음 (그림 2).

• ◯︎표적 단백의 근접성 규명을 위한 기술개발의 진행으로 항원-항체 반응을 기반으로 물리적 결합을 확인하는 연구 기법들이 개발되었으며, 최근에는 근접표지(Proximity labeling) 단백체 분석 기법이 연구에 적용되면서 세포소기관 단백의 공간적 이해가 급격히 향상되었음. 이를 통해 세포소기관 단백들이 새롭게 정리 및 분류되고 있는 상황임. 그뿐만 아니라 상호작용을 기반으로 한 세포소기관 생리 및 병태생리의 분자적 기전 이해와 질환과의 새로운 연관성 확인이 이루어지고 있음.

...................(계속)

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