노화세포를 선택적으로 제거할 수 있는 기술이 개발됐다. 노인성 질환 치료의 새로운 비전을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈) 화학과 유자형 교수팀과 건국대학교 정혜원 교수팀은 노화세포의 미토콘드리아 안에 인공단백질을 형성해 노화세포를 선택적으로 제거하는 기술을 개발했다. 개발된 기술은 노화세포 막에 과발현된 수용체를 선택적으로 표적할 수 있다. 정상세포에 비해 높게 발현된 활성산소를 매개로 인공단백질 구조체 또한 형성할 수 있다. 즉, 정상세포에 악영향 없이 노화세포만 선택적으로 제거할 수 있게 된다.
그림1. 노화 세포내 미토콘드리아를 표적하여 자기조립체를 통한 노화세포의 사멸을 이끌어내는 연구를 나타내는 모식도
인간이 노화함에 따라 정상세포는 암세포로 변할 가능성이 높아진다. 세포는 암세포로의 발전을 막기 위해 자발적으로 노화세포로 변한다. 하지만 노화세포의 축적은 각종 염증을 유발하고 노인성 질환의 원인이 된다.
연구팀은 노인성 질환을 치료를 위해 노화세포를 표적할 수 있는 방법을 연구했다. 탄소를 기반으로 한 ‘유기분자’는 이황화 결합을 할 수 있는 부분과 노화세포를 표적할 수 있는 부분으로 구성된다. 이황화 결합은 황 분자끼리 산화과정을 거쳐 결합되는 형태인데 활성산소와 같은 물질로 산화를 촉진시킬 수 있다.
활성산소는 산소를 사용하는 과정에서 생성되는 부산물로 노화세포 안의 미토콘드리아는 이런 활성산소가 과발현된다. 과발현된 활성산소는 이황화 결합을 촉진시키게 되고 분자끼리 결합하는 소중합체(올리고머)를 형성한다.
그림2. 이황화 결합을 통한 개발된 단량체의 oligomerization과 나노구조체의 형성을 보여주는 그림
연구팀은 올리고머의 자기조립을 통해 나선형 구조를 띠는 ‘알파 헬릭스’가 표면에 생기는 인공단백질을 만드는 기술을 개발했다. 이러한 구조체는 미토콘드리아 막에 강하게 결합해 막을 파괴하며 세포의 자가사멸을 유도하게 된다.
연구팀은 노화세포를 유도해 노인성 건성황반변성을 가진 쥐 모델에 개발된 기술을 적용했다. 노화세포를 효율적으로 제거해 망막조직의 기능이 정상 범위로 돌아오는 것을 확인했다. 또한 자연 노화된 쥐 모델의 망막조직에서도 노화세포가 선택적으로 제거되는 것을 확인했다.
그림3. 노화유도 동물 모델 실험을 이용해 조직 내 노화세포의 선택적 제거를 통한 노화인자 감소 및 조직 기능의 정상화를 보여주는 그림
화학과 유자형 교수는 “노화세포의 미토콘드리아를 표적해 기능장애를 유도함으로써 노화세포가 선택적으로 제거됨을 실제 실험 쥐를 통해 확인했다”며 “이와 같은 접근법은 기존 노화치료제와는 다른 접근법으로 노인성 질병치료에 새로운 패러다임을 제시할 것이다”고 설명했다.
공동연구자 ㈜퓨전바이오텍 김채규 대표는 “세포내 소기관을 표적해 독성 문제를 최소화하고, 넓은 치료용량범위(therapeutic window)를 확보할 수 있다”며 “향후 전임상 및 임상시험 설계시 유리한 조건을 가질 수 있을 것”으로 기대했다.
이번 연구 결과는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구와 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다. 화학 저널로 저명한 미국화학학회지 Journal of the American Chemical Society에 9월 4일 온라인 게재됐다.
