DGIST 뇌·인지과학전공 유성운 교수팀이 퇴행성 뇌질환이나 암, 대사질환 등 각종 질병원인의 단서를 제공하는 핵심 물질의 메커니즘을 규명했습니다. 연구팀은 세포사멸 단백질 분해효소인 카스페이즈9(Caspase9)이 몸 속 세포의 생존과 항상성 유지를 하는 오토파지(Autophagy)의 조절에 관여한다는 사실을 밝혔습니다. 해당 연구 논문은 <Autophagy>에 게재됐습니다.
오토파지는 세포 내부의 오래된 단백질이나 세포 소기관을 분해해 새로운 영양소로 재활용하는 기전입니다. 뿐만 아니라 해로운 단백질의 제거를 통해 세포를 보호해 신체 내에 필수적이죠. 암, 뇌질환, 대사질환 등 수많은 질병들은 오토파지의 결핍 또는 불균형과 밀접한 관련이 있습니다.
카스페이즈9는 세포사멸(apoptosis)를 유발하는 단백질 분해효소로 잘 알려져 있습니다. 최근에는 카스페이즈9가 세포예정사 외에도 다른 기능들을 수행한다는 결과들이 보고되고 있는데요. 하지만 오토파지에서 카스페이즈9의 연관성과 관련 기전은 잘 알려져 있지 않았습니다.
'카스페이즈9'와 '오토파지'의 연결고리
오토파지 과정은 여러 단계가 있습니다. 그 중 대표적인 자가포식소체(autophagosome)는 폐기돼야 할 세포 내 물질을 선택적으로 없애기 위해 이중막으로 된 원형 구조를 형성해 분해할 물질을 봉합해 포획하는 과정이죠. 연구팀은 이 과정에서 활성화된 카스페이즈9 단백질이 없으면 자가포식소체 형성의 마무리 단계에 봉합이 제대로 되지 않아 오토파지가 정상적으로 진행되지 못한다는 사실을 밝혔습니다.
연구팀은 카스페이즈9가 미토콘드리아 항상성 유지를 통해 오토파지를 촉진하는 새로운 기능을 밝혔습니다. 세포 성장인자나 필수 영양소인 아미노산이 결핍되면 오토파지가 유도되는데요. 이 때 세포예정사는 일어나지 않으면서도, 카스페이즈9가 활성화됐습니다. 카스페이즈9의 활성 억제 또는 유전자 결손은 오토파지를 감소시키는데요. 이 때 자가포식소체 형성에 필요한 이중막의 생성과 연장은 정상적이었지만 자가포식소체 봉합 단계에서 결함이 생겼습니다. 떄문에 미완성된 자가포식소체가 늘어났다고 합니다.
봉합 덜 된 자가포식소체, 미토콘드리아 활성산소↓
연구팀은 또한 자가포식소체의 미완성이 미토콘드리아의 활성산소 감소와도 연관이 있음을 추가발견 했습니다. 카스페이즈9 결손 세포들은 오토파지에 필요한 활성산소 공급이 원활하지 못해 정상적인 자가포식소체가 형성되지 못했는데요. 카스페이즈9 유전자 결손 세포에 카스페이즈9를 다시 발현시켜 주거나 소량의 활성산소(H2O2)를 주입했을 때 다시 정상적인 자가포식소체 형성이 진행됐습니다. 또한 오토파지 과정이 회복됐죠.
특히, 카스페이즈9의 발현은 미토콘드리아 결손까지 복구했습니다. 연구팀은 이를 통해 카스페이즈9가 미토콘드리아 항상성을 조절한다는 것을 알아냈습니다. 연구팀의 결과는 세포예정사 유도 없이 미토콘드리아를 통한 카스페이즈9과 오토파지 간의 새로운 조절 관계를 제시해 주고 있습니다.
유성운 교수는 "이번 연구를 통해 복잡한 오토파지 조절경로에 대한 심화 연구의 발판을 마련했다"며 "현재까지 명확하게 밝혀지지 않은 오토파지와 세포 사멸 간의 상호조절 관계에 대한 새로운 연구법을 제시할 수 있을 것"이라고 말했습니다.
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