바이오인

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영양과 관련된 각종 만성질환의 발생은 식품섭취와 밀접한 관련이 있으며, 영양학도 변화하는 학문의 변화 추세에 따라 영양소와 유전자 상호관계(nutrient-gene interaction)를 연구해야 할 단계에 이르렀다.

영양학자들은 만성 성인병 질환의 예방 및 치료방안으로 각 만성질환에 대해 개인이 지닌 유전자 표현형(genotypic expression)에 맞춰 영양소 섭취 권장 지침을 설정해야 한다고 주장한다.

이를 위한 기초정보로서 식이 인자 중 고콜레스테롤 식이에 의해 유도되는 동맥경화 관련 유전자의 발현 변화를 조사하는 것이 반드시 필요하다는 것이다.

경북대학교 최명숙 교수 연구팀은 인체 및 실험동물에서 고콜레스테롤 식이에 의해 유도되는 동맥경화 및 고지혈증 관련 유전자의 발현변화를 연구하고 있다. 이를 위해 먼저, 고지혈증이 유도된 실험동물로부터 주요 표적 유전자들을 탐색하고 이들의 기능에 대해 연구하여 동맥경화 병변과의 연관관계를 규명하며 이들에 대한 transgenic 혹은 knock-out mouse를 제작함으로써, 고콜레스테롤 식이 하에서 지질대사 및 동맥경화병변 전반의 변화를 추적하는 것이다.

또한 이들 현상과 콜레스테롤대사와의 상호작용을 명확히 함으로써, 궁극적으로 고콜레스테롤 식이에 의해 야기되는 동맥경화 병변을 제어할 수 있는 방안을 모색하는 데 도움이 되는 기초자료를 도출해 내고자 한다.

이러한 최 교수팀의 연구결과는 콜레스테롤대사 관련 질환에 대한 원인과 그 유발인자를 이해하는 많은 자료를 제공할 수 있을 것으로 보인다. 특히, 동맥경화 병변의 형성과 진전에 대한 원인을 밝히는 데 중요한 증거를 제시할 것으로 기대된다.

최명숙 교수는 “더 나아가 콜레스테롤 대사 변화가 야기하는 유전자발현의 변화가 동맥경화 병변에 어떻게 관여하는지를 이해할 수 있으며, 궁극적으로 고콜레스테롤 식이에 의해 야기되는 동맥경화 병변을 제어할 수 있는 방안을 모색할 것”이라고 밝히고 있다.

▶ 동맥경화 병변 제어방안 모색

최 교수팀의 연구진은 크게 세 부분으로 나뉘어 있는데, 제1 공동연구원인 경북대 유전공학과 박용복 교수는 DDRP-PCR을 이용하여 고콜레스테롤 식이 및 oxLDL에 의해 유도되는 유전자의 발현변화를 추적한다.

주관연구책임자인 최 교수는 고콜레스테롤 식이를 급여한 실험동물 및 환자 시료에서 후보유전자의 발현변화를 확인하며, 제2 공동연구원인 생명공학연구원의 오구택 박사는 확인된 후보유전자의 transgenic 혹은 knock-out mouse를 제작하여 최종적으로 확인된 유전자들의 기능을 실험동물 체내에서 확인할 수 있도록 하는 것이다.

지금까지 최 교수 연구팀은 동맥경화 병변 형성이 용이한 토끼와 동맥경화에 내성이 강한 흰쥐를 사용하여 고콜레스테롤 식이를 12주간 급여한 후 이들 실험동물들의 체내 지단백질 및 콜레스테롤대사 변화를 분석하고 각 조직에서의 지단백질 및 콜레스테롤대사 관련 유전자들의 발현 변화를 정상동물과 비교,분석했다.

그 결과 이들 동물들은 대조군에 비해 혈장 총콜레스테롤과 중성지방 농도, CETP(cholesteryl ester
transfer protein)활성도, 과산화지질농도, 간조직의 각종 효소활성도가 증가 또는 감소하였으며, 이들 효소들의 mRNA 발현에도 큰 차이가 있다는 것을 발견했다.

또한 DDRT-PCR 방법으로 고콜레스테롤 및 Ox-LDL 배지에 반응하는 동맥경화 관련 세포의 유전자를 계속적으로 확보했으며, 이들 cDNA 단편을 사용하여 Reverse-Northern 및 Northern blot analysis, DNA 염기서열 결정과 homology search 결과에 의해 탐색된 11개의 유전자에 대한 기초적인 특성을 파악해냈다.

그 다음으로 Atherosclerotic lesion, 대식세포에 대한 cDNA screening과 RT-PCR 방법을 이용하여 동맥경화 병변에 관여할 가능성이 높은 유전자의 full-length cDNA를 클로닝하였으며, 고콜레스테롤 식이에 의해 유발된 토끼의 동맥경화 병변에 대한 in situ hybridization을 현재 수행하면서 동맥경화 병변에서의 유전자 발현을 관찰하고 있다.

마지막으로 동맥경화와 관련성이 높을 것으로 추정되는 MCP-3 및 Rab7 유전자 등에 대한 정보를 제공받아 현재 transgenic mouse 제작을 위한 마우스 BAC(Bacterial Artificial Chromosome) Library를 검색하고, 벡터를 설계하고 있다고 한다.

이러한 최 교수팀 연구과제는 영양학분야와 생명과학을 접목시키는 다양한 연구기술을 응용하여, 향후 혈중 콜레스테롤 저하용 기능성식품 섭취에 따른 콜레스테롤 대사관련 유전자 발현의 변화까지도 분석할 수 있다는 점에서 독창성을 지니고 있다.

▶ 천연물 체내 작용기작 규명 계획

현재까지 최 교수는 식이 인자들(dietary factors)이 체내 지단백질 콜레스테롤대사 및 고지혈증에 미치는 영향을 꾸준히 연구해 왔으며, 연구결과들은 국제논문 22편, 국내논문 32편, 국제 특허(등록 7건, 출원 6건), 국내 특허(등록 8건, 출원 24건)들로 결실을 맺었다.

연구자의 길을 걸으면서, 가장 어려웠던 점으로 최 교수는 연구인력과 장비의 부족을 지적하면서 “연구 초창기 5년간은 대학원생이 없어 연구인력과 장비 부족난으로 어려움을 겪었으나, 그 당시 실험을 도와준 학부 학생들의 강한 학구적인 의욕 덕분에 좋은 연구성과를 거둘 수 있었다”고 말한다.

연구자로서의 수행한 연구를 분석하면서 당초 실험설계가 바람직하고 그 결과가 만족스럽다고 평가될 때 가장 큰 보람을 느낀다는 최 교수는 “대학원생들의 연구에 임하는 태도가 향상되어감을 지켜볼 때 지도교수로서 흐뭇함을 느낀다”고 말한다.

앞으로 최 교수는 천연물을 대상으로 동맥경화 및 고지혈증 대사를 개선시키는 기능성 성분을 탐색하고, 이들 성분의 체내 효능과 관련 유전자들의 발현에 미치는 영향을 분석하고자 하는 계획을 갖고 있다.

현재 건강보조 식품으로 사용되는 기능성 물질들의 체내 작용기작이 과학적 근거 하에 증명되어야만 이들 물질의 상용이 가능하다는 것이다.

최근 퇴근시간 이후에도 학교에 머무르는 시간이 길어져서 가족들에게 미안함을 느낀다는 최 교수는 “다행히 동료교수이자 공동연구자인 동시에 저의 배우자인 박용복 교수가 큰 힘이 되고 있다”고 말한다.