김명희 박사팀, 활성산소에 의한 ‘암.당뇨 유발 메커니즘’ 규명

기사입력 2014.01.17 08:48
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암, 당뇨 등의 염증성 질환이 활성산소에 의해 유발되는 분자적 메커니즘이 김명희 한국생명공학연구원(생명硏) 생체방어시스템연구센터 박사팀에 의해 규명됐다.

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

   

생명硏 김명희 박사 ⓒmsip


활성산소(ROS, reactive oxygen species)는 산소원자를 포함한 화학적으로 반응성 있는 분자로 정상적인 대사 작용에 의해서 자연스럽게 생기고 세포신호와 항상성에 중요한 역할을 한다.

인간의 정상 세포의 활동에서 활성산소(ROS, reactive oxygen species)는 생성된다. 활성산소가 세포 내에 적당한 농도로 존재하면 세포증식과 분화 등을 조절하는 기능이 있다.

하지만 자외선.적외선 노출, 바이러스 감염, 고혈당 등의 환경적인 스트레스로 인해 활성산소의 농도는 극적으로 증가 할 수 있고 이를 통한 세포의 산화적 스트레스는 세포 손상을 주고 염증, 암, 당뇨 등의 질환으로 연계가 될 수 있다.

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

   
TXNIP와 TRX 결합체의 고해상도 입체구조 ⓒmsip

김명희 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.

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.

연구팀에 의하면, 고농도의 활성산소는 TRX와 TXNIP의 결합체에 직접적으로 영향을 미쳐 TXNIP를 결합체로부터 분리시키고, 분리된 TXNIP는 기존에 발표된 연구와 같이 가장 중요한 염증조절인자로 알려진 IL-1β(intereukin-1β, 인터루킨-1베타)의 분비를 촉진시켜 염증성 질환에 영향을 미친다는 것이다.

연구팀은 활성산소 농도가 정상적인 세포 환경으로 돌아가면 다시 결합체를 형성한다는 사실도 확인했다. 이는 활성산소 농도에 의해 세포의 산화 및 환원 환경이 조성되고 이에 따라 TXNIP와 TRX(thioredoxin) 두 단백질간에 화학결합의 일종으로 분자간 또는 분자내 황원소간의 결합인 이황화결합이 이루어진다는 것을 의미한다.

   

각 단백질이 보유한 여러 시스테인 잔기들에 의해 여러종류의 이황화결합 스위칭에 의해 상호작용이 조절되는 TXNIP TRX msip

 


김명희 연구팀의 이번 성과는 비정상적인 활성산소의 증가로 인해 유발•촉진되는 당뇨, 암 등의 염증성 질환 치료를 위한 새로운 이론적 근거를 마련했다는데 의의가 있다.

한편, 김명희 박사는 이번 연구를 주도하면서 “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”으로 기대했다.

미래창조과학부 원천연구과 김용만 서기관은은 이번 연구결과는 세계적 학술지 Nature Communicationsʼ(IF 10.015)에 1월 6일자 온라인판으로 게재되었으며, 미래부 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단과 생명硏 전문연구사업 등의 지원으로 수행되었다고 전했다.
[이산하 기자 shlee@worldyan.com]
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