한국생명공학연구원은 위해요소감지BNT연구단 이규선 박사(공동 제1저자)와 한국기초과학지원연구원 이성수 박사(공동 제1저자)가 스탠포드 의과대학과 공동으로 미토콘드리아의 세포 내 특정 단백질의 변화가 칼슘을 조절해 신경줄기세포의 유지와 세포분열에 영향을 끼친다는 사실을 규명했다고 27일 밝혔다.
세포 내 대표적 소기관인 미토콘드리아는 영양분으로 흡수된 포도당으로부터 해당 과정과 산화적 인산화 과정을 통해 세포의 주요 에너지원인 ATP(아데노신삼인산, adenosine triphosphate)를 생성하는 발전소와 같은 역할을 수행한다.
또 미토콘드리아는 세포 내 칼슘 농도 항상성에 관여하는 소기관으로 주목받고 있으며, 세포 내 칼슘의 주요 저장고인 소포체(endoplasmic reticulum)와 상호작용을 통해 칼슘을 흡수해 세포 에너지 대사 활성 및 세포사멸을 조절한다.
미토콘드리아의 칼슘이 부족해지면 ATP 생성이 감소해 세포의 생명 유지 기능이 저하된다.
반면 미토콘드리아 칼슘이 과도하게 증가하면 세포 사멸을 유도하는 등 미토콘드리아 칼슘 항상성의 붕괴는 미토콘드리아의 기능 이상과 밀접하게 관련돼 있다.
이에 따라 미토콘드리아의 기능 이상은 대사질환, 신경퇴행성질환, 근골격계질환 등 다양한 질환의 원인이 될 뿐만 아니라 노화 촉진의 주요한 원인으로 알려졌다.
특히 줄기세포 및 암세포는 정상세포에 비해 활발한 세포 증식을 유지하기 위해 많은 양의 에너지를 필요로 하며, 에너지 대사 재조정(metabolic re-programing)을 통해 미토콘드리아의 활성을 조절한다.
이는 미토콘드리아에 의한 에너지 대사조절 기능을 통한 질환 극복을 위해 세포소기관 간의 상호 작용에 의한 미토콘드리아의 칼슘 항상성 조절 기전이 주목받고 있는 이유다.
이규선 박사 연구팀은 이번에 미토콘드리아에 존재하는 Miro(mitochondrial Rho GTPase) 단백질이 Polo kinase 효소에 의해 인산화돼 미토콘드리아를 소포체로 이동시켜 칼슘 흡수를 촉진한다는 것을 발견했다.
또 미토콘드리아 칼슘 농도에 따라서 신경줄기세포의 자가재생산(self-renewal) 활성이 조절되는 것을 알아냈다.
이 박사는 “이번 연구 성과는 신경암 및 신경퇴행성질환을 효과적으로 치료하기 위해서는 미토콘드리아의 칼슘 항상성을 조절하는 것이 중요하다는 사실을 밝힌 것”이라며 “새롭게 규명된 Polo-Miro 단백질의 상호작용을 통해 조절되는 미토콘드리아 칼슘 조절 기전과 이에 연관된 다양한 칼슘 조절 인자들을 동시에 표적으로 하는 신약 개발은 효율적 암 치료제뿐만 아니라 신경퇴행성질환, 염증 질환, 심혈관 질환, 근육노화 및 노인성 관련 질환 등의 치료제 개발에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 생물학 분야의 세계적 저널인 Cell지의 자매지 ‘Developmental Cell(IF 10.366)’ 18일자 온라인 판에 게재됐다.
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