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독일 연구팀, 미토콘드리아의 스트레스 알리는 메커니즘 규명 미토콘드리아 손상 복구, 세포 예정사나 선택기제 규명에 한 걸음 다가서 2022-04-13
강다은 news@mdtrinity.com

▲ 픽사베이


[트리니티메디컬뉴스=강다은 기자] 미토콘드리아는 우리 몸에 에너지(ATP)를 공급하는 세포 소기관이다. 그래서 ‘세포 속의 발전소’로 불린다. 이런 미토콘드리아에 이상이 생기면 여러 가지 질병이 생기는데, 가장 대표적인 질병이 바로 치매의 원인 질환인 알츠하이머병이다.


연합뉴스 보도에 따르면, 과학자들은 미토콘드리아의 기능 장애가 노화 및 노화 관련 질환과 관련이 있을 것이라고 믿어왔다.


지금까지 진행된 다양한 연구를 통해 드러난 사실을 종합하면, 미토콘드리아의 기능 장애는 여러 가지 스트레스에 의해 유발된다. 이런 스트레스는 세포 자체에서 생길 수도 있고 미토콘드리아에서 발생하기도 한다. 인간은 산소 호흡을 하는데, 이 호흡의 부산물인 활성산소종(ROS)도 미토콘드리아의 기능에 문제를 일으키는 주요 스트레스 요인이다.


문제는 미토콘드리아가 이처럼 다양한 스트레스를 독자적으로 해결하지 못한다는 사실이다. 과학자들은 이를 미토콘드리아의 스트레스를 세포에 알리는 별도의 ‘메커니즘’이 존재한다는 의미로 받아들였다.


독일 뮌헨대 유전자 센터의 루카스 예 교수팀이 이 ‘메커니즘’의 작동 원리를 최초로 밝혀냈다.


연구 결과, 이 메커니즘의 중심에는 ‘DELE 1’이라는 독특한 기능의 단백질이 있었다. 이 단백질이 미토콘드리아에 가해지는 여러 유형의 스트레스를 감지해 세포에 알리는 것으로 나타났다.


세포는 ‘DELE 1’을 통해 스트레스의 존재를 전달받으면 두 가지 방안 중에서 한 가지를 선택한다.


먼저, 고장 난 미토콘드리아를 고쳐서 쓰는 방법이다. 만약 이 방법이 여의치 않다면 스스로 소멸하는 ‘세포 예정사(programmed cell death)’ 프로그램을 가동한다.


세포가 두 번째 방법을 선택할 경우 신경 퇴행 등 여러 가지 질환으로 이어지게 된다.


루카스 예 교수와 동료 과학자들은 2년 전에 이 메커니즘의 신호 경로를 처음 발견했다. 당시 연구팀은 ‘DELE 1’ 외에 ‘OMA 1’, ‘HRI’ 등의 단백질이 여기에 관여한다는 사실을 알아냈다.


하지만 이 발견은 어떤 인자들이 개입하는지 정도를 개략적으로 확인한 수준이었다. 미토콘드리아가 보낸 DELE 1 신호가 어떻게 시토졸(cytosol·세포질의 액상 부분)까지 도달하는지, 일개 단백질에 불과한 DELE 1이 어떻게 여러 유형의 스트레스를 구별해 감지하는지 등은 여전히 숙제로 남았다.


연구팀은 이번 연구에서 그에 대한 해답을 찾았다.


연구팀은 새로 생성된 DELE 1 단백질 분자는 임의로 미토콘드리아 내부로 들어가지 못한다는 사실을 알아냈다. 진입 과정에서 OMA 1에 의해 분할되지 않으면 원천적으로 미토콘드리아 진입이 불가능한 것이다.


또, DELE 1의 미토콘드리아 진입 여부는 어떤 스트레스 요인인지에 따라 결정된다는 사실도 확인했다.


연구팀에 따르면, 스트레스 전달은 DELE 1 단백질에서 ‘신호’를 내는 부분이 미토콘드리아를 떠나 시토졸에 도달하는 게 가장 중요한 과정이다. 이것만 원활하게 이뤄지면 미토콘드리아가 어떤 스트레스를 받고 있는지를 확실히 통보할 수 있다.


모든 유형의 스트레스는 DELE 1의 미토콘드리아 진입 및 후속 처리와 관련된 여러 하위 단계를 거치며, 스트레스 유형이 다르면 그에 따라 DELE 1의 미토콘드리아 진입과 후속 처리도 달라진다는 사실이 이번 연구를 통해 확인됐다. 이 점이 미토콘드리아 스트레스가 유형별로 감지되는 메커니즘의 핵심이라고 연구팀은 설명했다.


DELE 1은 또 ‘PITRM 1’이나 ‘MPP’ 같은 미토콘드리아 효소의 기능 이상도 감지했다. 이들 효소는 신경 퇴행 질환에서 돌연변이 형태로 관찰된다.


연구팀은 DELE 1이 이런 결함과 연관된 미토콘드리아 스트레스를 세포에 알리는 게 세포의 생존에 특히 중요하다는 사실을 확인했다.


미토콘드리아가 ‘세포 예정사’ 신호를 보낸다는 건 이미 알려진 사실이다. 하지만 DELE 1 단백질이 여기에 직접 개입한다는 사실은 처음 확인됐다.


연구팀은 “DELE 1의 통보를 받은 세포는 미토콘드리아를 고쳐서 다시 작동하게 할 것인지, 아니면 스스로 죽도록 할지를 결정해야 하는데, 세포가 이 결정을 어떻게 내리는지를 밝히는 게 향후 연구의 최우선 목표”라며 “미토콘드리아에 스트레스가 가중되는 상황에서 세포가 생존하는 방향으로 신호 경로를 조절할 수 있는지 여부를 알아내는 것도 매우 중요한 과제”라고 지적했다. 이 방법만 알아내면 알츠하이머병, 파킨슨병 등 신경 퇴행 질환에 대한 획기적인 치료법 개발이 가능할 것이라는 게 연구팀의 설명이다. 이 연구 결과를 담은 논문은 최근 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 게재됐다.


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