신경줄기세포 발달원리 규명…미토콘드리아 칼슘조절이 핵심

생명연 이규선 박사 "신경암·신경퇴행성질환 치료제 새 표적 활용"

국내 연구진이 세포 내 미토콘드리아의 칼슘조절 단백질을 이용해 신경줄기세포의 발달을 조절할 수 있다는 사실을 발견, 신경암과 신경퇴행성질환 등의 치료제 개발 가능성을 제시했다.

한국생명공학연구원(KRIBB)은 27일 위해요소감지BNT연구단 이규선 박사와 이성수 박사(현 한국기초과학지원연구원 소속)가 미국 스탠퍼드대 의대와 함께 세포 내특정 단백질 변화가 미토콘드리아 내 칼슘을 조절, 신경줄기세포 유지와 세포분열에영향을 미친다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

미토콘드리아는 포도당으로부터 세포 내 주요 에너지원인 아데노신삼인산(ATP)을 만드는 세포 내 발전소로 미토콘드리아 기능 이상은 대사질환, 신경퇴행성질환,근골격계질환 등 다양한 질환의 원인이 된다.

특히 줄기세포나 암세포는 정상 세포보다 활발한 세포 증식을 유지하기 위해 많은 양의 에너지가 필요해 에너지 대사 재조정(metabolic re-programming)으로 미토콘드리아의 활성을 조절하는 것으로 알려졌다.

미토콘드리아에 칼슘이 부족해지면 ATP 생성이 감소해 세포의 생명 유지기능이저하되고, 미토콘드리아 칼슘이 과도하게 증가하면 세포 사멸이 일어나는 등 미토콘드리아 칼슘 항상성의 붕괴는 각종 질환과 밀접하게 관련돼 있다.

연구진은 이 연구에서 미토콘드리아 외막에 있는 미로(Miro) 단백질이 대표적인산화 효소 가운데 하나인 폴로(Polo) 키나아제의 작용으로 미토콘드리아를 칼슘저장고인 소포체로 이동시켜 칼슘 흡수를 촉진한다는 사실을 발견했다.

또 미토콘드리아 칼슘 농도에 따라 신경줄기세포의 자가재생성(self-renewal)활성이 조절된다는 것을 밝혀내고 이를 유전자 조작 초파리와 생쥐 질병모델 실험으로 확인했다.

Miro 유전자가 결여된 초파리 유충은 뇌의 신경줄기세포 수가 현저히 감소했고Miro를 인위적으로 과도하게 발현시킨 경우에도 신경줄기세포 수가 감소하는 것으로나타났다.

또 뇌종양 모델 생쥐에서는 미토콘드리아의 칼슘 흡수를 차단하자 암세포 증식이 줄었고, 파킨슨병 모델 생쥐에서는 미토콘드리아 칼슘을 보충해 에너지 생성을정상화한 결과 신경세포 퇴화가 감소하는 것으로 나타났다.

이규선 박사는 "이 연구 성과는 신경암·신경퇴행성질환의 효과적인 치료에 미토콘드리아의 칼슘 항상성 조절이 중요하다는 사실을 밝힌 것"이라며 "Polo-Miro 단백질 상호작용 조절을 통한 미토콘드리아 칼슘 조절 기전과 관련 인자를 표적으로연구하면 암 치료제뿐만 아니라 신경퇴행성질환, 염증 질환, 심혈관 질환, 근육노화및 노인성 질환 등의 치료제 개발에도 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

한국연구재단 바이오의료기술개발사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '디벨롭멘탈 셀(Developmental Cell, 4월 18일자) 온라인판에 게재됐다.

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