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`오토파지` 조절 새로운 인자 최초 발견

오토파지 기능 문제에 따른 치료제 개발에 유용하게 사용될 것 기대
가톨릭대 의대 김동하 교수

당뇨, 암, 신경성 퇴행성질환 등을 치료하는 과정에서 우리 몸의 세포 항상성을 유지하기 위해 꼭 필요한 ‘오토파지(Autophagy)’라는 시스템을 조절하는 새로운 인자가 세계 최초로 발견됐다.

가톨릭대학교 의과대학 해부학교실 김동하 교수팀은 최근 단일세포 유전체분석법을 활용해 오토파지의 새로운 조절인자인 ‘C/EBP ’의 기능을 세계 최초로 검증했다고 밝혔다.

 

그동안 오토파지를 조절하는 과정과 그 조절인자를 새롭게 발굴하는 것이 관련 질환을 극복하는 데 매우 중요한 과제였던 점을 감안하면, 이번 김동하 교수팀의 연구결과는 오토파지 기능의 문제로 생길 수 있는 다양한 질환의 치료제 후보물질 개발 가능성을 높일 것으로 기대된다.

 

오토파지는 세포의 항상성을 유지하기 위해 불필요한 단백질이나 손상된 세포소기관을 제거하는 세포 내 분해 및 재활용 시스템으로, 세포의 항상성을

유지하는 과정에서 오토파지를 일으키는 데 필요한 오토파지 단백질들도 불가피하게 분해된다. 때문에 일정한 수준의 오토파지가 유지되기 위해서는 해

         ▲ 김 동하 교수

 

당 유전자가 활성화돼 오토파지 단백질을 만들고, 세포 내에 그 단백질의 양이 충분히 유지돼야 한다.

하지만 이 시스템에 문제가 생기면 당뇨, 암, 신경성퇴행질환과 같은 심각한

질병들이 유발되는 것으로 알려져 있다

 

김동하 교수팀의 이번 연구는 C/EBP 가 기존에 알려져 있지 않은 영양소 결핍 유형에 따라 특이적으로 작동하는 오토파지 조절인자로, 오토파지 유도의

다양한 신호 중에서 아미노산 결핍에 특이적으로 반응해 관련 유전자들을 활성화시킨다는 것을 밝혀낸 것이다.

특히 이번 연구에서 규명된 아미노산 결핍에서 특이적으로 작용하는 C/EBP 의 기전을 이용한 오토파지 조절제는 오토파지 기능 문제로 인해 발생하는 다양한 대사질환, 퇴행성 뇌질환, 암이나 심혈관 질환 등의 치료제 개발에서 아미노산의 조절을 표적하여 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

 

김동하 교수는 “단일세포유전체 분석법으로 새로운 오토파지 조절인자를 예측하고 검증하는 연구를 처음으로 성공적으로 마무리하게 돼 놀랍고 기쁘다.”면서, “앞으로 더욱 다양한 질환의 연구에서 이러한 접근법을 반영해 질병을 유발하는 새로운 인자를 더 빠르고 정확하게 검증해 난치성 질환의 치료제들을 개발하는 기반을 마련하고 싶다.”고 밝혔다.

 

한편, 해당 연구는 「단일세포전사체 분석을 활용한 아미노산 결핍 특이적 오토파지 조절인자 C/EBP 기능 규명 연구(Systemic approaches using single cell transcriptome reveal that C/EBP regulates autophagy under amino acid starved condition)」라는 논문으로 세계적 학술지 ‘Nucleic Acids Research(IF 19.16)’에 게재됐다.

 

[참고 자료]

참고1. 단일세포유전체 분석을 활용한새로운 오토파지 조절인자 C/EBP 예측

 

[참고1. 설명]

오토파지 연구에서 최초로 단일세포유전체 분석법을 활용하여 당 결핍(GS: glucose starvation)상황과 아미노산 결핍(AAS: amino acid starvation) 상황에서 서로 다르게 변화하는 유전자들의 흐름을 확인하였고, 이를 알고리즘 분석을 통해 C/EBP 가 아미노산 결핍 상황에서 가장 많은 타겟 유전자를 조절하는 인자로 예측할 수 있었다.

 

참고2. 아미노산 결핍 상황 특이적으로 작동하는 새로운 오토파지 조절인자 C/EBP 검증

[참고2. 설명]

단일세포유전체 분석법을 활용하여 예측한 C/EBP 가 실제로 아미노산 결핍 특이적으로 오토파지 발생에 영향을 주는지 확인해 본 결과, 아미노산 결핍(AAS: amino acid starvation) 상황에서는 C/EBP 의 결핍을 유도하였을 때 오토파지가 발생(초록색 점들)하지 않는 반면, 당 결핍(GS: glucose starvation)상황에서는 C/EBP 의 결핍과 무관하게 오토파지가 원활하게 발생(초록색 점들)하는 것을 확인하였다.

 

참고3. 아미노산 결핍 상황 특이적으로 작동하는 새로운 오토파지 조절인자 C/EBP 조절 기전

[참고3. 설명]

세포에 아미노산 결핍이 인지되면 C/EBP 단백질의 양이 증가하고 증가한 C/EBP 가 ATF4 단백질과 결합하여 오토파지 관련 유전자들에 직접 결합하여 유전자가 발현되어 오토파지가 발생하게 된다.