[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

세포가 합성하는 단백질 중 일부는 세포질에서, 또 일부(단백질의 3분의 1)는 소포체(Endoplasmic-reticulum) 내부에서 합성된다. 소포체에 합성된 단백질은 다른 세포소기관으로 이동하거나 세포 외부로 분비된다. 따라서, 소포체는 단백질의 번역(단백질의 기본 구성 단위인 아미노산 사슬 합성)과 번역후의 성숙(아미노산 사슬이 단백질 기능에 맞게 접혀지는 과정)되어 가는 과정에 필요한 특별한 환경을 갖추고 있다.

ERAD(Endoplasmic-reticulum-associated protein degradation) 시스템이 대표적이다. 소포체는 비정상적인 단백질을 인지해서 분해할 수 있는 이 시스템을 가동시켜 비정상적인 단백질 축적으로 인한 단백질 독성을 예방한다.

소포체 내부에서 단백질의 합성 또는 성숙 과정에서 손상되거나 구조가 변형된 단백질이 쌓으면 소포체 스트레스(ER-stress)를 유발하게 된다. 이 과정에서 과도한 소포체의 스트레스는 세포 자살을 초래한다. 비정상적인 단백질을 체내에서 제거하기 위해 세포가 스스로 죽는 것이다.

그 간 비정상적인 단백질의 축적이 알츠하이머병, 헌팅턴병, 낭포성 섬유증과 같은 질병을 유발할 수 있다는 연구결과는 보고된 적은 있지만, 연골의 발생과정 또는 골관절염에서의 소포체 내부의 비정상적 단백질을 제거하는 ERAD 시스템의 중요성과 역할은 알려지지 않은 연구 분야였다.

2. 연구내용

연골 세포는 세포외기질(ECM)이 풍부한 연골조직을 생산하는 역할을 하는 특수한 세포이다. 연골조직을 만드는 과정에서 연골세포 내부의 소포체는 연골조직에 필수적인 막대한 양의 ECM 단백질 분자를 합성하고 분비한다. 따라서, 소포체 내부에 항상성은 연골조직의 생성과 유지에 매우 중요하다.

연구팀은 이에 착안해 연골조직의 발생과정과 관절염 환자군에서 ERAD 복합체(ERAD 시스템 가동에 관여하는 단백질들)의 역할을 조사하였다. 그 결과, 연골조직의 발생과정에서 연골세포는 ERAD 복합체 유전자의 발현을 최대한 증가시켜 연골세포 소포체 내부의 비정상적인 단백질의 축적을 예방하고 있다는 사실을 밝혀냈다.

또 ERAD 복합체의 기능 장애를 일으킨 개구리에서는 심각한 연골저형성증이 발견됐다.

또한, 골관절염 환자의 연골세포에서는 ERAD 복합체 유전자의 발현이 현저하게 감소돼 있었다. 마찬가지로 실험용 쥐의 무릎 연골에 ERAD 복합체의 유전자 발현을 인위적으로 저해시킨 후 무릎 관절의 변화를 관찰 결과 ERAD 기능이 저하돼 무릎에서 골관절염과 유사하게 무릎 연골이 손상됐다.

3. 기대효과

이 연구 결과는 골관절염의 주요한 원인인 연골조직의 손상이 노화와 더불어 ERAD 복합체의 기능이 떨어져서 발생할 수 있음을 보여준다. 또한, ERAD 복합체의 기능을 조절하여 연골세포의 기능을 향상시켜 연골의 손상을 재생하거나, 손상을 방지할 수 있음을 시사한다.

[붙임] 그림설명

그림1. ERAD 시스템이 고장난 연골세포(우측)과 정상 연골세포(좌측) 연골세포 안에서 연골조직의 구성 성분(ECM 단백질 분자)이 합성돼 분비된다. 연골조직 세포 외부로 분비될 수 있도록 소포체에서 합성되는데, 이 소포체에서 단백질 품질 관리 기능을 수행하는 것이 ERAD 복합체다. ERAD 복합체 기능 저하로 비정상적인 단백질들이 제때 분해되지 못하고 쌓이면 연골재생이나 새로운 연골조직 생성이 어렵게 된다.