파킨슨병 등 퇴행성 질환…원인규명 이뤄진다

국내 연구팀, '미토파지' 분석시스템 개발

▲미토-케이마 형광단백질을 활용한 생체조직 미토파지 검출 시스템.[사진제공=동아의대]

[아시아경제 정종오 기자] 수명이 다한 미토콘드리아를 제거하는 '미토파지'의 활성 연구로 퇴행성 질병의 원인규명이 이뤄질 것으로 전망된다. 국내 연구팀이 파킨슨병 등 퇴행성 신경질환의 원인으로 지목된 미토파지의 활성 변화를 생체 조직에서 정확하게 측정할 수 있는 동물모델과 분석시스템을 개발했다. 미토파지는 손상됐거나 수명이 다한 미토콘드리아를 선택적으로 제거하는 세포 작용을 말한다.

'에너지 발전소'라 불리는 세포 속 미토콘드리아의 활성 유지에 있어 미토파지가 핵심적 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 미토파지의 활성 저하가 퇴행성 신경질환인 파키슨병의 원인으로 지목되면서 많은 연구가 집중되고 있다. 아직까지 생채 내 미토파지를 손쉽게 정량적으로 측정할 수 있는 연구기법이 개발되지 않았다. 미토파지의 생체 내 기능과 분자 수준에서의 작동원리에 대한 연구는 이뤄지지 못했다.

연구팀은 일본 연구팀에 의해 보고된 산호유래 형광 단백질인 케이마 단백질이 pH(수소이온농도)에 따라 변화하는 형광 특성을 이용해 미토콘드리아에만 발현되는 미토-케이마 단백질을 세포에서 발현시켰다. 이후 중성과 산성조건에서의 형광 신호를 통합분석해 미토파지를 검출할 수 있는 영상 기반의 측정방법을 개발했다.

모든 세포에서 미토-케이마 단백질이 발현되도록 유전적으로 조작한 형질전환 마우스(실험용 쥐)를 제작하고 연구팀이 개발한 형광영상 분석기법을 이용해 세계 최초로 여러 생체조직의 미토파지를 측정했다. 이를 통해 간, 심장, 근육, 뇌조직의 미토파지 활성이 모두 다르다는 것을 발견했다. 노화에 따른 미토파지의 감소를 확인했다. 또 저산소 상태, 고칼로리 식이 등 환경변화에 따라서 미토파지 활성이 증가 또는 감소한다는 것을 확인했다.

미토파지 활성을 생체조직에서 매우 높은 감도로 실시간 측정할 수 있는 영상기반 분석기법을 개발한 것이다. 미토-케이마 형질전환 마우스를 이용해 생체 내 각 조직마다 미토파지 활성이 다르다는 사실과 노화에 따른 미토파지 활성 저하, 환경적·유전적 변화에 따라서 미토파지 활성이 민감하게 변화한다는 것을 입증했다.

동아대 의대 윤진호 교수와 미국 국립보건원 토렌 핀켈(Toren Finkel) 박사팀과 공동으로 이번 연구를 수행했다. 연구결과는 생명과학 분야 학술지인 Molecular Cell에 11월 19일자 대표논문(featured article)으로 온라인(논문명: Measuring in vivo mitophagic flux)에 실렸다.

윤진호 교수는 "이번 연구를 통해 확립된 미토파지 분석시스템은 미토파지가 생체조직의 기능 유지와 인체 질병 발생에 있어 어떤 역할을 하는지와 미토파지의 분자기전을 규명하기 위한 연구에 매우 유용하게 사용될 것"이라며 "앞으로 파킨슨병과 같은 퇴행성 신경질환과 노화 관련 질환 등의 원인규명은 물론 새로운 치료 방법 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr