[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

많은 연구에서 비만 내 관찰되는 지방조직의 과도한 팽창과 세포외 기질(Extracellular matrix, ECM)1) 리모델링은 저산소 미세환경을 만들고 만성적 저산소 미세환경은 지방조직 내 섬유화, 염증반응, 전신 인슐린 저항성과 같은 병리학적 변화를 야기함을 밝혔다. 그러나 저산소 미세환경 내에서 다음과 같은 병리학적 변화를 어떻게 야기하는 지에 관한 작용 기전에 대해선 밝혀진 바가 거의 없다.

이번 연구에서는 이 저산소 미세 환경과의 비만 환자에서 증가되어 있는 엔도트로핀(Endotrophin)2)이 생성 기작과 연결고리를 밝혀내고, 엔도트로핀을 분리해해는 단백 분해 효소를 찾아냈다. 또 이 단백 분해 효소를 합성을 억제하는 유전물질을 활용해 동물 실험에서 섬유-염증 반응 줄고 인슐린 감수성이 개선됨을 확인했다.

한편, 엔도트로핀은 제6형 콜라겐에서 유래하는 사이토카인(Cytokine)으로서 2012년 처음 발굴됐다. 당시 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬 센터(University of Texas Southwestern Medical Center)에서 이 단백질을 발굴한 박지영 UNIST 교수는 비만과 암의 연결고리로 엔도트로핀을 제시했다. 지방세포에서 늘어난 엔도트로핀은 지방조직에 염증을 일으키고(염증화), 굳어가는 현상(섬유화)를 촉진하면서 당뇨의 원인이 된다. 비만인 당뇨환자의 지방세포 섬유화는 질병으로 이어지는데 이는 박 교수의 연구로 2014년 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표됐다.

2. 연구내용

이번 연구에서는 비만 내 지방조직에서 저산소증이 유도되는 과정에서 어떻게 엔도트로핀의 생성을 증가시키는 지를 최초로 규명했다.

비만 지방조직 내 저산소증-유래 HIF1a3) 단백질은 ① 지방세포 내 제6형 콜라겐의 발현을 증가시키고, ② 지방세포 및 기질세포 (Stromal cell)4) 내 단백분해효소(MMP, Matrix metalloproteinase)의 발현을 증가시켜 제6형 콜라겐을 잘라 엔도트로핀의 생성을 증가시키고, ③ 비만 지방조직 내 섬유-염증을 일으켜 인슐린 저항성을 유도하게 만드는 것이다

또한, 정상인과 비만환자군의 지방조직을 비교분석해 miRNA-295)의 발현도가 비만 지방조직에서 감소해있음을 밝혀내었다. miRNA-29는 제6형 콜라겐을 잘라내 엔도트로핀의 생성을 증가시키는 단백 분해 효소를 억제하는 miRNA다. miRNA는 단백질 정보가 담긴 mRNA들을 타겟하여 해당 단백질 생성을 억제하는 유전물질이다.

이 같은 분석을 기반으로 동물실험을 이를 통해 HIF1a 결핍 비만 지방조직 내 miRNA-29를 처리함으로 써 저산소증에 의한 엔도트로핀 생성을 보다 효율적으로 억제하고 섬유-염증 반응을 감소시켜 인슐린 감수성을 개선시킬 수 있음을 밝혀냈다.

 4. 기대효과

이번 연구를 통해 비만 내 지방조직에서 저산소증-연관 miRNA-29 신호전달이 잠재적 치료 표적이 될 수 있음을 확인하였고, HIF1a-표적 치료와 병행한다면 엔도트로핀 생성을 보다 효율적으로 억제하여 지방조직 내 섬유-염증을 감소시키고 인슐린 감수성을 개선시킬 수 있음을 밝혔다.

엔도트로핀은 비만 연관 당뇨 및 암 질환과도 연결돼 있기 때문에 본 연구진은 이를 바탕으로 HIF1a-표적 약물과 조직 특이적으로 조절되는 miRNA를 함께 처리하는 방식을 도입하여 지방 조직 뿐만 아니라 엔도트로핀의 생성이 많이 일어나는 다양한 암조직 및 섬유화 조건 내에서 다양하게 적용될 수 있을 거라 전망한다.

[붙임] 용어설명

1. 세포 외 기질 (Extracellular Matrix)

세포의 바깥쪽에 있는 구조적 물질을 총칭하여 이르는 말. 주로 동물의 구조적인지지 따위를 담당하는 결합 조직이다. 콜라겐, 케라틴 등의 조직이 대표적이다.

2. 엔도트로핀 (Endotrophin)

지방세포에서 분비되는 제6형 콜라젠(type VI collagen)의 알파3 고리(alpha3 chain)에서 잘려져 나오는 단백질로 신호전달물질이다.

3. HIF1a (Hypoxia-inducible factor 1-alpha)

산소가 부족한 저산소증 상태를 극복하기 위해 발현되는 단백질. 전사 인자로써 기능 하여 혈관생성, 물질 대사 등 다양한 역할 수행에 관여한다. 이 단백질이 혈관생성 등에 필요한 단백질이 합성되기 위한 전사(DNA 단백질 정보가 옮겨진 RNA가 합성되는 과정)과정을 활성화 하는 원리다. 이 전자인자 단백질을 억제해 암세포를 근본적으로 ‘질식’ 시켜 죽이려는 시도가 많다.

4. 기질 세포 (Stromal cell)

지방 조직에 포함된 이질적인 세포 집합.

5. 마이크로RNA (Micro RNA, miRNA)

동식물, 바이러스 등에서 발견되는 약 22개의 뉴클레오타이드로 구성된 작은 RNA. 단백질(유전자) 정보가 암호화된 mRNA와 달리 비발현 RNA 분자로, RNA 침묵과 전사 이후의 유전자 발현 조절 등의 중요한 기능을 수행한다. 이번 연구의 mircoRNA-29는 제6형 콜라겐을 잘라내는 단백 분해 효소의 전사체(RNA)를 침묵시키는 역할을 한다.

[붙임] 그림설명

그림 1. miRNA-29의 효과와 HIF1a 억제제·miRNA-29 병용 치료 전략 모식도. (왼쪽) miRNA-29를(miRNA-29 발현시키는 아데노바이러스)를 지방조직 특이적 HIF1a 결핍 (HIF1aKO) 쥐의 지방조직에 투여 시 엔도트로핀 (ETP) 생성 및 섬유화 (Fibrosis), 염증반응 (Inflammation)이 감소함을 확인했다. (오른쪽) 저 산소 비만 지방조직 (Hypoxic Obese AT) 내 HIF1a 억제제와 miR-29의 조합을 사용하면 엔도트로핀 (Endotrophin)의 생성을 효율적으로 억제하고 섬유-염증 반응을 감소시켜 인슐린 감수성을 개선시킬 수 있음을 보여주는 개략도.

그림2. 정상인과 비만환자를 비교 분석해 엔도트로핀 생성 단백 분해 효소를 밝혀냄. (왼쪽) 비만환자 (obese)와 정상환자 (non-obese)들간 지방조직 분석 히트맵 데이터. 비만 환자에서 발현도가 증가하는 제6형 콜라겐과 양의 상관관계를 가지는 단백분해효소 (MMP)들을 순서대로 나열했다. (오른쪽) 선택된 단백분해효소들 중 일부가 제6형 콜라겐 알파 3 체인 단백질 중 C5 도메인을 잘라 엔도트로핀 (ETP)를 생성한다.

그림 3. 비만 조직에서 발현이 감소한 miRNA-29의 단백 분해 효소 저해 역할 miRNA-29가 제6형 콜라겐 및 단백분해효소들의 전사체를 표적하여 발현을 감소시킨다. miRNA-29의 발현도가 고지방식이 비만 쥐의 내장지방조직 (eWAT)에서 감소해 있다. (왼쪽부터)