연구단 PI 김명희 박사, 활성산소, 암·당뇨 유발 과정 밝혀

연구단 PI 김명희 박사, 활성산소, 암·당뇨 유발 과정 밝혔다 

국내 연구팀에 의해 암, 당뇨 등의 염증성 질환이 활성산소에 의해 유발되는 분자적 메커니즘이 밝혀졌다.

한국생명공학연구원 생체방어시스템연구센터 김명희 박사팀은 16일, 세포의 산화적 스트레스 환경에서 급격히 증가하는 활성산소가 어떠한 요인·과정에 따라 암, 당뇨와 같은 염증성 질환을 유발하는지에 대한 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

활성산소(ROS, reactive oxygen species)는 인간의 정상 세포의 활동에서 생성되는 것으로, 세포내에 적당한 농도로 존재하면 세포증식과 분화 등을 조절하는 기능이 있으나, 적외선, 바이러스 감염, 고혈당 등의 환경에서 세포의 스트레스에 의해 과다하게 증가하게 되면 암, 당뇨와 같은 염증성 질환의 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다.

그동안 어떤 메커니즘에 의해 활성산소가 염증 조절 등에 영향을 미치는가에 대한 정확한 연구 결과는 알려져 있지 않았다.

연구팀은 염증 조절 단백질 TXNIP와 항산화효소 단백질 TRX의 결합체에 대한 고해상도 입체구조 분석을 통해 활성산소에 의한 두 단백질간 상호작용 조절 메커니즘을 밝히고, 이로부터 활성산소로 인한 염증 조절 원리를 규명했다.


   

▲ TXNIP와 TRX 결합체의 고해상도 입체구조

연구팀은 정상적인 세포 환경에서는 TXNIP(thioredoxin-interacting protein)가 TRX(thioredoxin)의 기능을 억제하기 위해 TRX와 함께 결합체를 형성하고 있다가, 세포의 산화적 스트레스 환경에서 활성산소의 농도가 급격히 증가하게 되면 TXNIP·TRX결합체에서 TXNIP가 분리된다는 사실을 확인했다.

분리된 TXNIP는 기존에 발표된 연구(TXNIP가 IL-1β에 영향을 줌으로써 염증성 질환에 관여한다는 내용으로 2009년 생명연 최인표 박사가 발표한 바 있다)와 같이, 가장 중요한 염증조절인자로 알려진 IL-1β(intereukin-1β, 인터루킨-1베타)의 분비를 촉진시켜 염증성 질환에 영향을 미친다는 사실을 확인한 것이다.

연구팀은 활성산소 농도가 정상적인 세포 환경으로 돌아가면 다시 결합체를 형성한다는 사실도 확인했다. 연구팀에 따르면 활성산소 농도에 의해 세포의 산화 및 환원 환경이 조성되고 이에 따라 TXNIP와 TRX 두 단백질간에 다양한 종류의 이황화결합이 이루어진다.


   

▲ 각단백질이 가지고 있는 시스테인 잔기간의 이황화결합을 통해 상호작용하고 있는 TXNIP와 TRX는 세포의 산화적 스트레스 환경에서 활성 산소의 농도가 급격히 증가하면 서로 분리된다. 이후 TXNIP는 염증조절결합체를 활성화하기 위해 기능을 하고, 반면 TRX는 세포를 환원상태로 복구하기 위해 항산화효소로서 기능을 한다.

미래부 관계자는 “이번 연구성과는 비정상적인 활성산소의 증가로 인해 유발·촉진되는 당뇨, 암 등의 염증성 질환 치료를 위한 새로운 이론적 근거를 마련했다는데 의의가 있다”고 설명했다.

김명희 박사는 “TXNIP·TRX결합체의 고해상도 입체구조는 염증·당뇨 질환 치료제 개발을 위한 연구기반이 될 것이며, 항암치료제 개발을 위한 중요 타깃으로 연구되고 있는 TRX의 기능 억제 물질 개발에 핵심적 역할을 할 수 있을 것”이라고 기대했다.


한편, 미래부 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단과 한국생명공학연구원 전문연구사업 등의 지원으로 수행된 이 연구결과는 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 6일자 온라인판에 ‘The structural basis for the negative regulation of thioredoxin by thioredoxin-interacting protein’라는 이름으로 실렸다.



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