바이오인

핵심내용

-당뇨 발병 유발 유전자를 조절하는 단백질 Thrap3 발굴- 

□ 국내 연구진이 당뇨병 유발에 관여하는 유전자를 조절하는 단백질을 발굴해냈다. 향후 당뇨병 치료제 개발을 위한 새로운 표적단백질이 될 수 있을 것으로 기대된다.

● 울산과학기술대 생명과학과 최장현 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 신진연구자지원사업(신진)의 지원으로 수행되었고 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지(Genes & Development) 온라인판 10월 14일자에 게재되었다.

* 논문명 : Thrap3 docks on phosphoserine 273 of PPARγ and controls diabetic gene programming

□ 지방세포에서 지방분화를 담당하는 피피에이알 감마*는 단백질을 활성화시키는 물질이며, 당뇨치료제로 사용될 만큼 항 당뇨효과에 중요한 단백질로 잘 알려져 있다.

* 피피에이알 감마(PPARγ) : 핵수용체의 일종으로 리간드(ligand)가 결합하여 활성화됨. 인슐린 저항성 완화, 지방 세포 형성 및 분화, 신혈관생성 억제, 항 염증 및 항암 작용을 하는 것으로 보고됨

● 또한 최근 피피에이알 감마의 인산화가 당뇨발병의 중요 인자로 보고되었지만 그 구체적인 분자기전은 규명되지 않았다.

 * 인산화 : ATP의 인산화 작용기를 기질 분자로 옮기는 생리적 반응, 인산화된 기질은 활성이 변화되거나 안정도가 변함 

□ 연구팀은 피피에이알 감마의 인산화에 의해 당뇨 유발 유전자들의 발현이 증가하는 핵심기전을 확인하였고 그 분자기전 중심에 Thrap3*라는 단백질이 핵심역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

* Thrap3(Thyroid hormone receptor-associated protein 3) : 전사과정에서 핵심 단백질 결합체를 이루는 일부분.

● 향후 인산화된 피피에이알 감마와 Thrap3간의 결합을 방해하는 항 당뇨 물질을 발굴하려는 후속연구로 이어질 것으로 기대된다.

□ Thrap3가 인산화된 피피에이알 감마에 결합해 인산화에 의해 조절되는 당뇨 발병 유전자들의 전사*를 촉진함으로써 당뇨를 유발한다는 것이다.

* 전사(tranion) : DNA에 적혀 있는 유전정보를 mRNA로 옮기는 생물학적 과정

● 실제 당뇨 생쥐모델에서 Thrap3의 발현을 억제하면 혈당이 감소되고 당뇨 유발 유전자의 전사가 억제됨을 확인하였다.

□ 최장현 교수는 “피피에이알 감마의 활성을 조절하는 방식의 기존 물질의 부작용을 극복할 새로운 항 당뇨 치료제 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

[붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어설명, 그림설명 및 연구자 이력사항

상세내용

연 구 결 과 개 요

1. 연구배경

지난 20년 동안 지방 조직은 체내 에너지 대사 및 대사 증후군의 중추 기관으로 인식되어져 왔다. 예를 들어, 과도한 에너지 섭취가 에너지 소비를 앞지를 경우 지방 조직의 크기 및 양을 증가시켜 비만을 유발하는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 지방의 과다 축적은 인슐린 저항성, 당뇨병, 심혈관 질환, 암 등 여러 질병을 유발하여 전 세계적인 문제로 진행되고 있다.

지방 세포에는 PPARγ(피피에이알 감마)라는 전사인자가 존재하는데, 지방 분화(지방 세포로의 형성)기능에 필수 불가결한 단백질이다. PPARγ는 지방 조직에 많이 발현되고 있으며 지방 세포 분화, 지방 대사 및 당 대사, 염증 반응을 조절하는 핵심 전사인자이다. PPARγ의 생리적 리간드(ligand)는 지금 현재 연구중이며 합성 리간드로 밝혀진 물질은 thiazolidinedione(TZD) 계열 항 당뇨 치료제이다. TZD 물질이 PPARγ에 결합하고 RXRa라는 다른 전사인자가 결합하는 단백질 복합체가 지방 세포 분화 및 항 당뇨 치료에 필수적인 여라 유전자의 전사를 조절하게 된다.

그러나 최근 들어 TZD 약물들의 부작용이 널리 알려지면서 그 사용이 줄고 있는 실정이다. 본 연구자는 2010, 2011년도에 두편의 Nature 논문을 발표하였는데, PPARγ의 Ser273 잔기의 인산화가 당뇨 발병의 핵심 기전 중 하나라는 사실을 보고하였다. 이는 인산화된 PPARγ에 의해 조절되는 특정 유전자들이 당뇨 발병에 필수적인 유전자이기 때문이다. 그리고 PPARγ의 Ser273 잔기의 인산화를 억제하는 새로운 물질을 개발하였고 이 물질들이 강력한 항 당뇨 효과를 가진다는 사실을 확인하였다.

하지만, 어떤 분자 기전을 통해 인산화된 PPARγ이 당뇨 발병의 핵심 유전자들을 조절하는지에 대해서는 알려져 있지 못하였다. 본 논문은 PPARγ의 인산화를 통한 당뇨 발병의 핵심 기전이 Thrap3라는 새로운 단백질을 매개하여 일어난다는 새로운 사실을 밝혀내었다.

2. 연구내용

일반적으로 전사인자가 유전자의 발현을 조절하는 기전으로는 크게 두가지가 존재한다. 첫째로는 전사인자가 조절 유전자의 프로모터에 결합하는 능력이 변화했을 때 이고, 두 번째로는 전사 인자와 결합하는 조절 단백질들이 변하였을 때 전사가 조절된다. PPARγ가 인산화되었을 때 특정 유전자 발현을 조절되는 이유를 앞의 두가지 가능성에 초점을 맞추어 실험을 진행하였다.

PPARγ의 인산화에 의해 PPARγ의 프로모터 결합력이 변화되는 것을 chromatin immunoprecipitation(ChIP) 방법을 이용해 확인한 결과, 인산화에 의해서 PPARγ의 promoter 결합력이 변하지 않음을 확인하였다. 따라서, 인산화된 PPARγ에 결합하는 다른 단백질이 종합적인 전사 과정을 조절할 수 있다고 판단하였고, 인산화된 PPARγ에 결합하는 단백질을 동정하여 기능을 분석하였다. 그 결과 Thrap3라는 새로운 단백질을 동정하였고, Thrap3의 세포내, 개체내 기능을 분석하였다.

세포내에서 Thrap3의 발현을 억제하였을 때 PPARγ의 인산화에 의해 이상적으로 발현되던 유전자들의 발현이 억제됨을 확인하였다. 또한 고지방 식이로 당뇨를 발병시킨 생쥐 모델에서 Thrap3의 발현을 억제하였을 때, 인산화된 PPARγ에 의해 이상적으로 발현되는 핵심 유전자의 발현이 억제됨을 확인하였다. 이를 통해 Thrap3에 의해 인산화된 PPARγ의 전사 기능이 조절된다는 사실을 확인할 수 있었다. 그 결과 당뇨 발병 생쥐의 인슐린 저항성이 개선되었고, 지질 대사능력이 향상되는 결과를 얻었다. 결론적으로 Thrap3의 발현 억제가 세포 및 개체 내에서 당뇨 발병을 개선시키는 결과를 확인하였다.

3. 기대효과

본 연구는 새로운 항 당뇨 치료제를 개발하는데 중요한 기틀을 마련해 줄 것으로 생각된다. 일반적으로 TZD 약물에 의한 항당뇨 효과 이외의 부작용들은 과도한 PPARγ 활성에 의한 off-target effect로 성명된다. 이는 여러 tissue에서 PPARγ의활성으로 인해 유전자의 발현이 증가하고 이중 side effect를 나타내는 유전자들이 다수 포함되어 있기 때문이다. 본 연구자의 이전 보고들에서 (2010 Nature, 2011 Nature) PPARγ의 인산화를 억제함으로써 항 당뇨 효과를 나타낼 수 있다는 새로운 분자 기전을 보고하였다. 또한, PPARγ의 인산화는 PPARγ의 활성과는 무관하다는 사실도 보고하였다. 이를 기반으로 PPARγ의 인산화를 어게하는 새로운 약물을 개발하였고, 개체 수준에서의 항 당뇨 효과 및 부작용이 적은 약물을 개발하였다. 사실, 이러한 물질들이 항 당뇨 효과를 나타내는 것은 PPARγ의 인산화를 억제함으로써, PPARγ의 인산화에 의한 당뇨 발병 유전자 발현을 거꾸로 돌리기 때문이다.

따라서 밝혀진 Thrap3 단백질을 이용하면 새로운 항 당뇨 치료제 개발을 이룰 수 있게 된다. 예를 들어 인산화된 PPARγ과 Thrap3의 결합을 방해하는 물질을 개발한다면 인산화에 의한 유전자의 이상 발현이 억제될 것이고 이를 통해 당뇨를 치료할 수 있게 되는 것이다. 또한, 이러한 물질들은 PPARγ의 활성을 조절하는 물질이 아니기 때문에 지금까지 알려진 TZD 약물의 부작용들을 가질 가능성이 줄어들게 된다. 따라서 부작용이 적은 새로운 항 당뇨 치료제 개발을 이룩하는데 중요한 기초 자료로 활용될 수 있다.

[연 구 결 과 문 답]