Polo-Miro에 의한 미토콘드리아 칼슘 항상성 유지 기전 모식도. (사진=한국생명공학연구원 제공)
한국생명공학연구원 '위해요소 감지 BNT 연구단' 이규선 박사와 한국기초과학지원연구원 이성수 박사는, 미국 스탠퍼드대 의과대학과의 공동 연구를 통해 세포 내 특정 단백질 변화가 미토콘드리아 내 칼슘을 조절, 신경줄기세포 유지와 세포 분열에 영향을 미친다는 사실을 규명했다고 27일 밝혔다.
영양분으로 흡수된 포도당으로부터 세포 내 주요 에너지원인 아데노신삼인산(ATP)을 만들어 세포 내 발전소 역할을 하는 미토콘드리아가 기능 이상이 생길 경우 대사질환, 신경퇴행성 질환, 근골격계 질환 등 다양한 질환의 원인이 된다.
특히 줄기세포나 암세포는 정상 세포보다 활발한 세포 증식을 유지하기 위해 많은 양의 에너지가 필요해 에너지 대사 재조정으로 미토콘드리아의 활성을 조절하는 것으로 알려졌다.
연구진은 미토콘드리아 외막에 있는 미로(Miro) 단백질이 폴로 키나아제(Polo Kinase)의 작용으로 인산화돼 미토콘드리아를 소포체로 이동시켜 칼슘 흡수를 촉진한다는 사실을 발견했다.
또 미토콘드리아의 칼슘 농도에 따라 신경줄기세포의 자가재생성(self-renewal) 활성이 조절된다는 것을 알아냈다.
동물 실험 결과, Miro 유전자가 결여된 초파리 유충은 뇌의 신경줄기세포 수가 현저히 감소했고, Miro를 인위적으로 과도하게 발현시킨 경우에도 신경줄기세포 수가 감소하는 것으로 나타났다.
이때, Polo kinase에 의해 인산화된 Miro 단백질은 미토콘드리아와 소포체 간의 접촉면을 증가시켜 미토콘드리아가 소포체로부터 칼슘을 흡수할 수 있게 해주고, 이를 통해 신경줄기세포 자가재생산에 필요한 다량의 에너지를 생성할 수 있도록 하는 것으로 확인됐다.
생명연 이규선 박사는 "신경암 및 신경퇴행성 질환의 효과적인 치료에 미토콘드리아의 칼슘 항상성 조절이 중요하다는 사실을 밝힌 연구"라며 "Polo-Miro 단백질 상호작용을 통한 미토콘드리아 칼슘 조절 기전과 이에 연관된 다양한 칼슘 조절 인자들을 동시에 표적으로 연구해나간다면, 효율적인 암 치료제뿐만 아니라 신경퇴행성 질환, 염증질환, 심혈관질환, 근육노화 및 노인성질환 등의 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 '디벨롭멘탈 셀'(Developmental Cell) 온라인판(4월 18일자)에 실렸다.