▲ 인공 염소이온 운반체의 세포사멸 작용기전 [사진 제공=연세대]

연세대학교는 화학과 신인재 교수 연구팀이 인공 염소이온 운반체를 개발하고 이들이 어떤 생물학적 과정을 통해 세포가 사멸되는지를 규명해 새로운 항암제 개발의 길을 열었다고 1월 31일 밝혔다. 

이 연구는 미래창조과학부의 창의적 연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 네이처 자매지인 ‘네이처 케미스트리’(Impact Factor = 27.893) 온라인판에 최근 게재됐다. 논문명은 "A synthetic ion transporter that disrupts autophagy and induces apoptosis by perturbing cellular chloride concentrations"이다.

세포 내 이온농도를 정교하게 조절하는 것은 정상적인 생명 유지를 위해서 대단히 중요하다. 만약 이온농도가 정상적으로 조절되지 않으면 다양한 질병에 걸리게 된다.

다른 한편으로 세포내 이온농도를 비정상적으로 변화시키면 세포사멸이 일어난다는 것이 보고됐다. 이 때문에 세포내 이온농도를 변화시킬 수 있는 인공 이온운반체를 개발하기 위해 많은 연구가 진행돼 왔지만, 세포내 이온농도의 변화와 세포사멸에 관한 관계는 명확하게 규명되지 않았다.
 

▲ 연세대 화학과 신인재 교수

신교수 연구팀은 2014년에 칼릭스피롤(calixpyrrole) 구조의 인공 염소이온 운반체가 어떻게 암세포를 사멸시키는 지를 규명해 ‘네이처 케미스트리’ 논문에 발표했고, 이 연구 결과는 전세계적으로 많은 관심을 받고 있다.

그 후 신교수 연구팀은 스쿠아르아미드(squaramide) 구조의 인공 염소이온 운반체를 개발하고 어떤 과정으로 암세포가 사멸되는지를 규명해, 최근 네이쳐 케미스트리에 발표했다.

이 연구에 따르면 인공 염소이온 운반체는 세포 내 염소이온과 소듐이온(나트륨이온)의 농도를 증가시키고, 이로 인해 사이토크롬 시(c)가 미토콘드리아에서부터 세포질로 빠져 나오고, 그 후 캐스페이즈 의존형 세포자살과정을 통해 세포가 사멸된다는 것을 밝혔다.

세포자살(apoptosis)이란, 세포가 감염되거나 손상을 받은 경우 또는 수명이 다한 세포의 경우 세포 스스로에 의해 조절되는 과정을 통해 세포가 사멸하는 것을 말한다.

더 흥미로운 것은 이 인공 염소이온 운반체가 세포소기관의 하나인 리소좀의 염소이온 농도를 낮춰 산성도를 감소시키고, 이로 인해 자가소화작용을 억제해 세포사멸을 촉진시킨다는 것을 확인한 것이다.  

세포소기관은 특수한 기능을 지닌 세포내에 존재하는 구조를 의미하며, 진핵세포의 세포질 가운데 떠 있는 구조를 말한다. 예를 들면 세포핵, 리보솜, 소포체, 골지체, 미토콘드리아, 리소좀 등이 여기에 해당한다.

또한 자가소화작용(autophagy)이란 세포가 영양소가 부족한 상황에 놓일 때 세포 내 단백질이나 세포소기관을 분해해 에너지를 만드는 것을 말한다. 이 과정에서 리소좀이 중요한 역할을 하며, 이 과정을 연구한 학자가 2016년 노벨생리의학상을 받았다. 

이 연구가 2014년에 발표한 연구와 다른 것은 이전 이온운반체는 리소좀의 염소이온 농도는 변화시키지 못해 자가소화작용에 영향을 주지 못하지만, 현재의 염소이온 운반체는 리소좀의 염소이온도 변화시켜 자가소화작용에도 영향을 주어 세포를 사멸시킨다는 것이다.

즉 현재의 이온운반체는 이전 발표한 이온운반체와 다르게 세포내 염소이온 농도도 변화시키면서 세포소기관 내의 염소이온농도도 변화시켜 세포자살과 자가소화작용에 동시에 영향을 주어 세포를 사멸시킨다. 이 연구는 향후 새로운 형태의 항암제 개발에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이 연구는 연세대 화학과 신인재 교수(교신저자)와 약학대학 남궁완 교수, 영국 사우샘프턴 대학 화학과 필립 개일 교수(교신저자), 미국 텍사스 오스틴 대학 화학과 조나단 세슬러 교수(교신저자) 연구팀이 공동으로 진행했다. 
 

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