심근세포 생존·사멸 결정하는 핵심 분자스위치 규명

심부전 등 치료에 활용 가능

▲심근세포의 생존과 죽음에 관여하는 분자스위치.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 심장근육세포의 삶과 죽음을 결정하는 핵심 회로가 규명됐다. 심부전 등의 다양한 심장질환 치료에 활용될 것으로 기대된다.

국내 연구팀이 정보기술(IT)과 생명과학(BT)의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 심장근육세포내 베타수용체 신호전달경로의 자극 세기에 따라 세포의 생존과 사멸이라는 상반된 운명이 어떻게 결정되는지 그 근본원리를 규명해냈다.

베타수용체 신호전달경로는 심근세포의 생존을 촉진(베타2수용체 매개)함과 동시에 심근세포의 사멸을 유도하기도 한다. 심장독성을 유발(베타1수용체 매개)함으로써 심부전 등 다양한 심장질환을 일으킨다. 지금까지 베타수용체 신호전달경로에 의해 조절되는 상반된 심근세포운명(생존 혹은 사멸)의 근본 원리를 밝히고자 하는 많은 시도가 있어왔는데 밝혀지지 않았다.

베타수용체(β-adrenergic receptor)는 심장근육세포의 세포막에 존재하는 단백질로 에피네프린이나 노르에피네프린 등의 신경호르몬에 의해 자극받으면 심장근육세포가 더 강하고 빠르게 수축하도록 촉진하는 신호를 전달한다.

연구팀은 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석과 세포생물학 실험의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 ERK 신호전달경로와 ICER 신호전달경로가 매개하는 피드포워드회로가 심근세포의 생존과 사멸을 결정하는 핵심 분자스위치임을 밝혀냈다. ERK(Extracellular signal-regulated kinases)는 세포생존에 관여하는 신호전달분자이고 ICER(Inducible cAMP early repressor)은 세포사멸에 관여하는 신호전달분자를 말한다.

약한 베타수용체의 자극에 대해서는 ERK 신호전달경로가 활성화되고 이로 인해 Bcl-2 단백질의 발현량이 증가돼 심근세포의 생존이 촉진되는데 강한 베타수용체의 자극에 대해서는 ICER 신호전달경로가 활성화되고 Bcl-2 단백질의 발현량이 감소하게 돼 심근세포의 사멸이 유발되는 것이다. Bcl-2(B-cell lymphoma 2)는 세포생존 촉진에 핵심적인 역할을 하는 신호전달분자이다

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 바이오·의료기술개발사업과 중견연구자지원사업(도약/전략연구) 및 광주과학기술원 시스템생물학인프라구축사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 네이처(Nature) 자매지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications/IF 10.742)에 12월 17일자(논문명: The switching role of β-adrenergic receptor signalling in cell survival or death decision of cardiomyocytes)에 실렸다.

공동 제1저자는 KAIST 바이오및뇌공학과 신성영 박사, GIST 생명과학부 김태용 박사이고 참여저자는 KAIST 의과학대학원 이호성 박사과정생, KAIST 의과학대학원 강준혁 박사과정생, GIST 생명과학부 이지영 석사과정생 등이다. 또 공동 교신저자는 GIST 생명과학부 김도한 교수, KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수이다.

김도한 교수는 "지금까지 밝혀지지 않았던 베타수용체 신호전달경로에 의해 조절되는 상반된 심근세포운명의 원리를 규명한 것"이라며 "앞으로 심근세포운명의 제어와 이를 통한 심부전 등의 다양한 심장질환 치료에 활용될 것"이라고 설명했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr