[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

단백질이나 DNA 같은 생체 물질은 세포 활동에 중요한 역할을 하는 물질으로 아미노산1) 같은 작은 단량체(monomer) 여러 개가 결합하는 고분자(polymer) 중합을 통해 생성된다. 특히, 단백질은 고분자중합을 통해 특정한 구조체를 가지게 되고 이런 구조체는 단백질간 결합에 필수적인 요소이다. 이런 단백질간 결합은 세포의 활동에 중요하기 때문에 단백질간 결합을 촉진하거나 방해하여 세포 활동을 조절할 수 있다. 이를 위해 최근 펩타이드의 자기조립체를 이용하여 단백질간 결합을 방해해 세포의 사멸을 이끌어 내는 연구가 진행되었으나 이러한 자기조립의 형성은 엔트로피 측면에서 한계점을 내포하고 있어 고분자 중합과정이 활용되고 있으나 세포 내에 고분자 중합과정은 연구된 사례가 적고 중합과정을 조절하는데 어려움이 있다.

2. 연구내용

본 연구팀은 암세포의 미토콘드리아(세포 에너지공급 기관) 내에 이황화결합2)을 이용한 고분자 중합 시스템을 개발하였다. 이황화결합은 두 개의 황이 결합된 형태로 환원 환경에서는 분해되고 산화 환경에서는 결합하는 성질이 있다. 세포 내에는 GSH 라는 환원 효소가 많아 이황화결합이 분해되는 반응이 우세하나 암세포의 미토콘드리아 내부에는 활성산소3)가 과발현되어 있어 이황화결합이 분해되기보다는 형성될 수 있다. 이에 본 연구팀은 암세포의 미토콘드리아를 표적하는 단량체를 합성하였고 이 단량체는 미토콘드리아 내에 축적된다. 축적된 단량체와 과발현된 활성산소로 인해 고분자 중합이 촉진되어 작은 고분자가 형성된다. 형성된 고분자는 미토콘드리아에 산화성 스트레스를 주어 더욱 활성산소가 생성되고 이는 더욱 고분자 중합과정을 촉진시켜 큰 고분자가 형성된다. 고분자는 미토콘드리아의 막을 파괴하여 암세포의 사멸을 이끌어낸다.

3. 기대효과

이번 연구를 통해 세포 내 고분자를 형성하여 결과적으로 세포의 운명을 조절하는 시스템의 기반을 구축하였다. 이 시스템을 발전시켜 세포의 사멸을 이끌어내는 것뿐만 아니라 세포의 확산을 촉진시키는 등의 다양한 세포의 기능을 유도할 것이라 기대된다.

[붙임] 용어설명

1. 아미노산

고분자인 단백질을 구성하는 제일 작은 분자. 아미노산이 사슬형으로 연결되면 펩타이드가 된다. 사슬형 펩타이드가 여러 개 모이면 단백질이 된다.

2. 이황화 결합 (Disulfide bond)

두 개의 황 원소 사이의 단일결합 (S-S). 두 단백질 사이의 시스틴 잔기 사이 또는 한 단백질 안의 두 시스틴 잔기 사이의 설프하이드릴기가 산화하여 생기는 공유 결합이다. 단백질의 입체 구조와 활성 유지에 중요한 역할을 한다.

3. 활성 산소 (Reactive Oxygen Species)

산소 분자 1개당 3개의 전자를 더 받아들이는 과정에서 생성되는 물질로 수퍼옥사이드, 과산화수소, 하이드록시래디칼 등을 활성산소라고 한다. 대사 작용에서 생긴다. 암세포는 일반세포와 달리 미토콘드리아 장애가 있어 활성산소가 많다. 이번 연구에서는 활성 산소가 산화제로 작용할 수 있다는 점에서 착안해 이황화결합으로 이뤄진 단백질(고분자) 중합반응을 유도했다.

[붙임] 그림설명

그림1. 인공 단백질 고분자 중합을 통한 암세포 사멸 유도 모식도. 암세포의 미토콘드리아를 표적으로 하는 단량체가 미토콘드리아 내부에 축적되고 축적된 단량체의 고농도와 암세포 내 미토콘드리아의 높은 활성산소의 농도 때문에 이황화결합을 촉진되어, 단량체의 고분자중합이 일어난다. 형성된 고분자는 자가 촉진 시스템으로 인해 더욱 큰 고분자가 돼 미토콘드리아 막을 파괴하고, 암세포의 사멸을 이끌어낸다. 미토콘드리아는 세포에 에너지(ATP)를 공급하는 역할을 하는 세포내 기관이다.