활성산소로 인한 암·당뇨 등 염증 유발 메커니즘 규명

고해상도 입체구조 분석을 통한 염증 조절 단백질 결합체 밝혀내

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

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

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

그러나 어떤 메커니즘에 의해 활성산소가 염증 조절 등에 영향을 미치는가에 대한 정확한 연구 결과는 알려지지 않았다.

연구팀은 염증 조절 단백질 ‘TXNIP’와 항산화효소 단백질 ‘TRX’의 결합체에 대한 고해상도 입체구조 분석을 통해 활성산소에 의한 두 단백질간 상호작용 조절 메커니즘을 밝히고, 이로부터 활성산소로 인한 염증 조절 원리를 규명했다.

연구팀은 정상적인 세포 환경에서는 TXNIP가 TRX의 기능을 억제하기 위해 TRX와 함께 결합체를 형성하고 있다가, 세포의 산화적 스트레스 환경에서 활성산소의 농도가 급격히 증가하게 되면 이 결합체에서 TXNIP가 분리된다는 사실을 확인했다.

즉, 고농도의 활성산소는 TRX와 TXNIP의 결합체에 직접 영향을 미쳐 TXNIP를 결합체로부터 분리시키고, 분리된 TXNIP는 가장 중요한 염증조절인자로 알려진 인터루킨-1베타(IL-1β)의 분비를 촉진시켜 염증성 질환에 영향을 미친다는 사실을 확인한 것.

연구팀은 또 활성산소 농도가 정상적인 세포 환경으로 돌아가면 다시 결합체를 형성한다는 사실을 확인했다. 이는 활성산소 농도에 의해 세포의 산화 및 환원 환경이 조성되고 이에 따라 TXNIP와 TRX 두 단백질간에 다양한 종류의 이황화결합이 이루어진다는 것을 의미한다.

이번 연구성과에 대해 생명연 측은 비정상적인 활성산소의 증가로 인해 유발ㆍ촉진되는 당뇨, 암 등의 염증성 질환 치료를 위한 새로운 이론적 근거를 마련했다는 데 의의가 있다고 설명했다.

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

이번 연구결과는 미래부 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단과 한국생명공학연구원 전문연구사업 등의 지원으로 수행됐고, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 1월 6일자 온라인판으로 게재됐다