국내 연구진이 노화세포만 선택적으로 제거하는 기술 개발

노화세포의 미토콘드리아를 표적으로 하여 미토콘드리아 안에서 자기조립체가 형성되도록 유도함으로써 노화세포의 사멸을 유도하는 모식도(사진 출처-출처자료1)

 

2023년 9월 4일 미국화학회지 Journal of the American Chemical Society(JACS)의 온라인 판에 울산과학기술원(유니스트 UNIST) 화학과 유자형 교수팀과  건국대학교 의과대학 정혜원 교수팀이 노화세포만을 선택적으로 제거할 수 있는 연구 논문이 실렸다.

 

이 연구는 미토콘드리아를 표적으로 하는 인공단백질(단량체 monomer)을 체내에 투여하고 미토콘드리아 안으로 침투하면 인공단백질끼리 서로 결합되어 자기조립체(소중합체, 올리고머 oligomer)를 형성하는데, 이 자기조립체가 노화세포에만 선택적으로 결합됨으로써 노화세포 미토콘드리아 막이 파괴되어 결국 노화세포가 제거된다는 것이다.

 

인공단백질인 RGD  펩티드(Arg-Gyl-Asp peptides, 아르지닐글리실아스파르트 산 arginylglycylaspartic acid)는 노화세포 막에만 많이 존재하는 수용체를 표적으로 하여 선택적으로 결합된다.
또한 노화세포 내부는 정상세포에 비해 활성산소 농도가 높기 때문에 인공단백질이 쉽사리 산화됨으로써 자기조립체가 많이 형성되는환경이다.

따라서 인공단백질 RGD는 노화세포에만 선택적으로 결합되어 세포 안으로 침투하며, 노화세포의 미토콘드리아 안에서 자기조립체를 대량 생산함으로써 노화세포의 세포자멸사 apotosis가 유도되는 것이다.

 

사람이 늙으면서 정상세포는 암세포로 변할 가능성이 커진다.

이런 암세포로의 진행을 막으려고 정상세포가 스스로 노화세포가 되는 것이다.

하지만 노화세포의 축적은 다양한 염증을 유발하면서 노인성 질환의 원인이 된다.

 

연구팀은 노인성 질환의 치료를 위해 노화세포만을 표적으로 하여  제거하는 방법을 연구했다.

탄소(C)를 기반으로 하는 인공단백질은 이황결합(이황화결합, disulfide bond, -S-S-)을 하는 부분과 노화세포를 표적으로 하는 부분으로 구성된다.

이황결합은 황 분자끼리 산화 과정을 거쳐 결합되는 형태로서 활성산소에 의해 산화됨으로써 생긴다.

활성산소는 산소를 사용하는 과정에서 생성되는 부산물로서 노화세포 안의 미토콘드리아에서는 이런 활성산소가 정상세포보다 많이 존재한다.

따라서 미토콘드리아 안의 높은 활성산소 농도는 인공단백질(단량체)의 이황결합을 촉진시킴으로써 인공단백질끼리 자기조립이 일어나 결국 자기조립체(소중합체)의 양이 증가하는 것이다.

 

연구팀은 단량체의 자기조립을 통한 소중합체 형성을 유도하기 위해 소중합체 표면에  알파-나선 α-helix 구조가 생기는 단량체 인공단백질을 개발했다.

이는 소중합체 표면의 알파-나선 구조가 미토콘드리아 막과 강하게 결합함으로써 막을 파괴하고 결국 노화세포의 세포자멸사를 유도하기 때문이다.

 

이 기술 개발을 위해 노화세포를 유도해 노인의 망막 황반에 노폐물이 쌓여 시력을 잃는 질환인 노인성 건성황반변성을 가진 쥐 모델을 연구팀은 이용했다.

연구팀은 쥐 모델 연구에서 노화세포를 효율적으로 제거함으로써 망막 조직의 기능이 정상 범위로 돌아오는 것을 확인하는 동시에 자연 노화가 일어난 쥐 모델의 망막 조직에서도 노화세포가 선택적으로 제거된다는 것도 확인했다.

 

공동 교신저자인 유니스트 화학과 유자형 교수는 "노화세포의 미토콘드리아를 표적으로 하여 기능 장애를 유도함으로써 노화세포가 제거됨을 실제 실험 쥐를 통해 확인했다"며 "이와 같은 접근법은 기존 노화치료제와는 다른 접근법으로서 노인성 질병 치료에 새로운 패러다임을 제시한 것이다"라고 말한다.

 

공동 연구자 (주)퓨전바이오택 Fusion biotechnology 김채규 대표는 "세포소기관인 미토콘드리아를 표적으로 하여 독성 문제를 최소화하면서 넓은 치료용량 범위 therpeutic window를 확보할 수 있다'며 "앞으로 전임상 및 임상 시험 설계 때 유리한 조건을 확보할 수 있을 것"으로 기대했다.

 

※출처

1. https://www.sedaily.com/NewsView/29UNL5EO47

2. https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/jacs.3c06898

3. 구글 관련 자료

 

2023. 9. 16 새샘