바이오인

생합성 필수대사체로 세포사멸 조절 기전 찾아내

- 페롭토시스 세포사멸 표적 치료제 개발에 기여 -

□ 생합성 필수대사체로 폐암, 대장암 등과 같은 암의 세포사멸을 조절할 수 있는 분자 기전이 국내 연구진에 의해 발견되었다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 황철상, 이윤태 교수(포항공과대학교, 제1저자 응우옌 테 카 박사) 연구팀이 마치에프6* 단백질이 생합성**에 꼭 필요한 대사체***인 NADPH****를 직접 감지하고 주요 페롭토시스 유도 인자들의 분해를 조절함으로써 세포사멸을 제어한다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

* 마치에프6(MARCHF6) : 단백질의 한쪽 끝 N-말단에 부착된 아세틸기를 분해 신호로 인식해서 단백질의 분해를 매개하는 다관통 소포체 막단백질

** 생합성 : 여러 단계의 효소 촉매 반응을 통해 기질을 복잡한 생성물로 변화시키는 과정

*** 대사체 : 생물체의 신진대사에 관여하거나 신진대사 과정에서 생성되는 저분자 물질들의 총칭

**** NADPH : 생합성과 대사 조절에 사용되는 필수적인 대사체

○ 페롭토시스는 철분에 의해 과생성된 지질 과산화*로 세포 속 막 구조물이 망가지면서 세포가 죽는 세포사멸 경로로써, 암세포를 죽이는 새로운 항암 치료 해법으로 주목받고 있다.

* 지질 과산화 : 활성산소 등에 의해 생체막 지질이 산화되는 현상

□ 최근 연구에 따르면 필수대사체인 NADPH는 글루타티온과 코엔자임큐 등 항산화제의 재생을 돕는 역할을 하여 페롭토시스를 억제한다.

○ 특히 NADPH의 함량이 높은 암세포들은 페롭토시스 유발 약물들에 내성을 가져 세포사멸이 유도되지 않는다.

○ 그래서 효과적인 세포사멸 유도를 위해 세포 속의 NADPH 함량을 직접 감지하여 페롭토시스를 조절하는 인자나 분자 기전의 필요성이 제기되어 왔으나 밝혀지지 않았다.

□ 이에 연구팀은 소포체 막에 끼어 있는 마치에프6 단백질이 세포 속 NADPH를 직접 인식하고 페롭토시스 유도 인자들의 분해를 조절해서 페롭토시스 세포사멸을 제어하는 것을 규명하였다.

○ 폐암, 자궁암, 대장암 세포주들에서 마치에프6와 페롭토시스의 관련성을 분석한 결과 마치에프6를 결손 시킨 암세포주에서 지질과산화가 증가하고, 기존 항암제로 사용되는 페롭토시스 유발 약물들에 대한 민감도가 증가하여 내성이 있던 암세포들의 사멸을 유도하게 되었다.

○ 반면 마치에프6를 과량 발현시켰을 때는 페롭토시스 유발 약물에 대한 암세포주들의 민감도가 오히려 감소하여 암세포들이 성장하였다.

○ 이를 통해 마치에프6가 페롭토시스 세포사멸 제어자로서 작동 가능성을 확인하였다.

□ 나아가 배양된 암세포주를 생쥐에 이식하여 실험을 진행한 결과, 마치에프6가 결손 된 암세포들에서 페롭토시스가 급격히 일어나, 종양형성이 현저히 억제되는 것을 밝혀내,

○ 세포 수준에서의 실험을 동물실험으로 발전시켜 페롭토시스와 마치에프6의 생물학적 현상을 확인하고 활용 가능성도 증명하였다.

□ 황철상 교수는 “이번 성과가 페롭토시스 세포사멸과 관련된 각종 암, 퇴행성 신경질환, 조직괴사 등의 치료제 개발을 위한 단초를 제시해 줄 것”이라고 전하며, “질병 유발 단백질을 분해ㆍ제거하는 신약 개발 플랫폼 기술에 마치에프6가 활용될 가능성을 제시”했다고 기대를 덧붙였다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구, 중견연구, 선도연구센터지원사업 등으로 수행된 이번 연구의 성과는 세포생물학분야 국제학술지인‘네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology)’에 8월 8일 게재되었다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.

연구이야기

1. 연구의 필요성

○ 페롭토시스는 철분의 하나의 형태인 Fe2+ (ferrous) 이온에 의해 과도하게 생성된 지질 과산화 (lipid peroxidation)으로 인해 세포 속 막구조물이 망가지면서 세포가 죽는 비교적 최근에 밝혀진 세포사멸 경로이다.

○ 페롭토시스는 각종 암, 퇴행성 신경질환, 조직 손상과 염증 발병 등에서의 그 중요성이 밝혀졌으며, 세포 자살사 (아팝토시스)에 내성을 가진 암세포를 효과적으로 죽일 수 있는 새로운 항암제 개발의 표적으로서 페롭토시스 세포사멸 연구가 급부상하고 있다.

○ 생합성 필수대사체인 NADPH는 지질 과산화를 막는 글루타티온(Glutathione), 비타민 E(Vitamin E), 코엔자임 Q10 (Coenzyme Q10) 같은 항산화제들을 재생함으로써 페롭토시스를 억제한다고 알려져 있다.

○ 따라서 세포 속 NADPH의 함량은 페롭토시스의 민감도를 예측할 수 있는 유용한 바이오마커로서 제시되었지만, 아직 NADPH를 감지해서 페롭토시스를 조절하는 인자들이나 이들의 작동 기전에 대해서는 알려지지 않았다.

○ 다관통 소포체 막단백질인 마치에프6 (MARCHF6)는 단백질의 한쪽 끝 N-말단에 부착된 아세틸기를 분해 신호로 인식해서 단백질의 분해를 매개하는 아세틸화/N-분해 신호 경로의 핵심 인자 및 지질대사의 통합 조절자로서 역할이 제시됐지만, 페롭토시스에서의 이 효소의 역할은 아직 연구되지 않았다.

2. 연구내용

○ 각종 암세포주에서의 마치에프6와 페롭토시스의 관련성을 분석한 결과, 마치에프6를 결손 시킨 암세포주에서 지질과산화가 증가하고, 페롭토시스 유발 약물들에 대한 민감도가 증가하였다.

○ 이와 반대로, 마치에프6를 과량 발현시킨 암세포주들은 페롭토시스 유발 약물에 대한 민감도가 오히려 감소했기 때문에, 마치에프6가 페롭토시스 억제자로서 작동할 것으로 가정하였다.

○ 마치에프6의 페롭토시스 억제 기전을 자세히 알아내기 위해, 전체유전자 전사체 분석을 수행한 결과, 마치에프6가 결손된 암세포주에서 NADPH 합성 관련 유전자들이 감소했으며, 실제로 NADPH 함량이 상당히 떨어져 있음을 확인하였다.

○ 또한, 페롭토시스 유발 약물들을 암세포주에 처리할 때도 NADPH 함량이 감소하면서, 다양한 마치에프6의 기질들이 분해되지 않고 안정화되었다.

○ 특히, 효모교잡법, 등온적정열량법, 면역침적법 등의 다양한 생화학적/분자생물학적 분석 방법을 통해 NADPH가 마치에프6의 C-말단 부위에 직접 결합하여 마치에프6를 활성화하는 것을 밝혀냈다.

○ 그리고, 면역침강법과 단백질분해정량 분석을 통해 마치에프6가 NADPH를 직접 감지해서, 주요 페롭토시스 유도 단백질인 p53과 ACSL4의 분해를 촉진한다는 것을 알아냈다.

○ 더 나아가 이종이식(Xeno graft) 생쥐 종양 모델 실험을 통해 마치에프6가 결손된 폐암 세포주에서 페롭토시스가 급격히 발생하며, 그 결과 종양형성이 현저히 억제되는 것을 관찰하였다.

○ 이외에도, 몸 전체에서 마치에프6가 넉아웃(Knock-out)된 생쥐는 태어나기 직전이나 직후에 죽는 출산 전ㆍ후 사망 (perinatal lethality) 현상을 보이지만, 임신한 생쥐에 페롭토시스 저해 항산화제인 비타민 E가 고함량인 사료를 먹이면, 마치에프6 넉아웃 생쥐들의 출생률이 현저히 증가했다.

3. 연구성과/기대효과

○ 본 연구를 통해 페롭토시스의 핵심 조절자로서 마치에프6를 발굴하였다.

○ 마치에프6가 생합성 필수대사체인 NADPH를 직접 감지하여 주요 페롭토시스 유도 단백질들을 분해함으로써 세포사멸을 억제함을 밝혀냈다.

○ NADPH를 탐지하는 유비퀴틴 리가아제로서 마치에프6를 동정했다.

○ 세포 자살사(아팝토시스)에 내성을 가진 암세포들의 사멸을 유도할 수 있는 마치에프6 저해제 기반 항암제 개발의 단초를 제시했다.

○ 페롭토시스 관련 다양한 휴먼질환(암, 퇴행성 신경질환, 감염과 염증, 비만) 등을 마치에프6 활성 조절을 통해 치료할 수 있는 기반 지식을 제공했다.

○ 차세대 혁신 신약 개발의 플랫폼 기술인 프로탁 데그레이더로 소포체 막에 존재하는 마치에프6의 활용 가능성을 제시했다.

○ 페롭토시스가 생존전ㆍ후 사망의 원인 중 하나일 가능성을 제시하고, 태아 발달에 있어서 고함량 비타민 E 섭취의 중요성을 제시했다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.