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영양상태가 줄기세포의 효율을 좌우한다
 
줄기세포의 전분화능(全分化能)과 유도만능줄기세포*의 효율을 조절하는 핵심 원리가 국내 연구진에 의해 밝혀져, 향후 부작용 없고 효과적인 환자맞춤형 줄기세포 치료제 개발에 새로운 가능성을 열었다.
서울대 윤홍덕 교수(48세)가 주도하고 장현철 박사와 김태완 박사과정생이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약/핵심연구)과 WCU(세계수준의 연구중심대학) 육성사업 및 학문후속세대양성사업의 지원으로 수행되었고, 세계 최고 권위의 생명과학전문지 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘세포줄기세포지(Cell Stem Cell)'에 온라인(5월 18일자)으로 게재되었다. (논문명: O-GlcNAc Regulates Pluripotency and Reprogramming by Directly Acting on Core Components of the Pluripotency Network)
줄기세포는 전분화능을 가지고 있어 원하는 종류의 세포로 분화되기 때문에 뇌질환, 당뇨병 및 심장병 등 수많은 난치병을 치료할 수 있는 대안으로 각광 받고 있다.
특히 유도만능줄기세포는 환자의 피부세포에서 줄기세포를 만들 수 있기 때문에 부작용 없는 환자 맞춤형 치료제를 개발할 수 있는 장점이 있어 전 세계 연구자들이 주목하고 있다.
그러나 줄기세포의 전분화능과 유도만능줄기세포 형성과정 등에 대해 아직도 풀리지 않은 숙제들이 많아 실제 치료에 활용되기 위해서는 많은 시간이 필요하다.
윤홍덕 교수 연구팀은 피부세포가 유도만능줄기세포로 역분화하는 과정에서 세포의 영양상태에 따라 역분화 효율을 크게 좌우하고, 당화(오글루넥糖化)가 줄기세포의 전분화능과 자기재생능력을 조절한다는 사실을 규명하였다.
당화는 단백질과 아세틸글루코사민을 결합시켜 단백질의 기능을 조절하여 세포의 영양상태를 반영하는 신호전달체계로서, 부적절한 당화는 당뇨, 신경질환, 심혈관질환 및 암 등 현대인의 만성질환을 일으키는 원인으로 알려져 있다. 그러나 지금까지 줄기세포에서 당화가 어떤 역할을 하는지는 거의 밝혀지지 않았다.
윤 교수팀은 줄기세포에서 포도당의 농도를 낮추거나 유전자 조작으로 당화를 인위적으로 감소시키면 줄기세포의 자기재생능력이 떨어지고, 피부세포를 유도만능줄기세포로 역분화시키는 과정에서 당화를 증가시키면 역분화 효율도 증가된다는 사실을 발견하였다.
특히 연구팀은 이 현상을 분자수준에서 확인한 결과, 줄기세포를 제대로 유지하는데 핵심적인 역할을 하는 Oct4 단백질이 당화에 의해 조절된다는 사실을 규명하였다. 
또한 당화되지 못한 Oct4 단백질은 줄기세포를 유지하지 못할 뿐만 아니라 유도만능줄기세포를 형성하지 못한다는 것도 밝혀냈다.
윤홍덕 교수는 “이번 연구성과는 영양상태가 Oct4 단백질에 영향을 주어 줄기세포의 전분화능과 유도만능줄기세포의 형성에 직접 관여한다는 사실을 밝힌 것으로, 향후 부작용이 없는 환자 맞춤형 유도만능줄기세포의 제작과 세포치료제 개발에 새로운 지평을 열었다고 평가받고 있다”고 연구의의를 밝혔다.
 
----박스----
※ 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell) : 전분화능이 없는 분화된 세포들이 인위적인 역분화과정을 거쳐 전분화능을 갖도록 유도된 세포로, 수정란이나 난자를 사용하지 않아 윤리적인 문제에서 자유로우면서도 분화능력은 배아줄기세포와 유사해 세포치료에 다양하게 활용될 것으로 기대됨
 
신(新)단백질을 이용해 당뇨병과 당뇨합병증을 치료하다
 
새로운 단백질을 이용해 현대인의 만성질환인 당뇨병과 당뇨합병증을 효과적으로 억제하는 치료제가 국내 연구진에 의해 개발되었다.
영남대 조경현 교수(44세)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)과 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 노화억제 및 조직재생 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Rejuvenation Research’지 4월 24일자 온라인으로 게재되었다. (논문명 : A Point Mutant of Apolipoprotein A-I(V156K) Showed Enhancement of Cellular Insulin Secretion and Potent Activity of Facultative Regeneration in Zebrafish)
우리나라 성인의 주요 만성질환이면서 노화와 밀접한 당뇨병은 당뇨 그 자체보다도 합병증이 더욱 위험하다. 따라서 당뇨병 치료에 가장 큰 목표는 당뇨성 합병증의 유발이나 진행을 억제하는데 있다.
당뇨성 합병증은 당뇨병이 오래 지속되어 나타나는 현상으로, 보통 몇 년이 지나면 체내 거의 모든 기관이 손상되어 각종 감염에 매우 민감해지며 △당뇨성 창상 △당뇨성 신증 △당뇨성 백내장 △당뇨성 신경병증 등이 나타난다. 결과적으로 당뇨성 합병증은 몸 전체의 노화를 촉진하여 심각한 삶의 질 저하를 야기해 죽음에 이르게 하는 무서운 질환이다.
구체적으로 살펴보면, 만성 당뇨성 신증은 말기 신부전의 가장 중요한 원인이고, 당뇨성 백내장은 실명을 초래하며, ‘당뇨발’로도 불리는 당뇨성 족부궤양은 하지절단의 원인이 되어 전 세계에서 지금도 30초에 1명은 하지절단 수술을 받는 등 당뇨합병증의 폐해는 무섭고 심각하다.
조경현 교수 연구팀은 새로운 고밀도지단백질(V156K-HDL*)을 재조합하여 당뇨병과 당뇨합병증을 효과적으로 억제하는 치료제 개발에 성공하였다.
조 교수팀은 혈액 속의 주요 단백질(아포지단백질)의 변이체*를 포함한 새로운 HDL을 재조합하여 당뇨합병증의 주범인 △최종당화산물(AGE)**의 형성 억제 △췌장세포의 인슐린 분비 촉진 △항산화력 증가로 인한 저밀도지단백질(LDL) 산화 억제 △염증 억제 등 효능이 탁월할 뿐만 아니라 손상된 조직의 보호와 재생력도 우수하여 당뇨병과 당뇨합병증뿐만 아니라 노화와 관련된 질환의 예방과 치료에 효과적임을 동물(제브라피쉬)실험으로 검증하였다.
당뇨합병증 중에서도 당뇨발을 치료하기 위해서는 손상된 조직 재생 촉진이 필수적인데, 연구팀은 척추동물인 제브라피쉬의 꼬리지느러미 일부를 잘라낸 후 다양한 HDL을 투여한 결과, 기존(WT-HDL)에 비해 5배 이상 재생효과가 뛰어남을 확인하였다.
특히 당화(糖化)된 WT-HDL는 꼬리지느러미의 재생을 촉진하기보다 오히려 더 심각한 손상을 일으켰지만, 연구팀이 재조합한 단백질(V156K-HDL)은 당화에 매우 저항적이며, 당화된 후에도 조직재생의 효과가 나타났다. 
당뇨환자에게 WT-HDL이 투여되면 환자들의 높은 혈당 때문에 투여된 치료 단백질의 당화가 혈액 내에서 일어나 치료효과를 거두기 어렵지만, V156K-HDL은 당화에 저항하여 치료효과를 극대화할 수 있어 인슐린 분비와 손상된 조직의 재생을 촉진하여, 궁극적으로 당뇨와 당뇨합병증을 효과적으로 치료할 수 있다.
조경현 교수는 “이번 연구성과는 우리나라 2대 질병인 당뇨병 및 당뇨합병증뿐만 아니라 노화와 관련된 질병을 괴사 등의 부작용 없이 효과적으로 억제하는 치료제를 개발한 것으로, 의약품뿐만 아니라 건강식품과 피부 노화 방지 화장품 조성물 등 실생활에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.

※ HDL(High-Density Lipoprotein) : 혈액에 존재하는 우리 건강에 매우 유익한 단백질로, 세포조직에 있는 잉여 콜레스테롤을 간으로 운반하고, 동맥벽의 노폐물을 체외로 배설하는 ‘혈관청소기’ 역할을 하면서, 강력한 항산화, 항염증 활성으로 만성질환과 노화를 억제함
※ 아포지단백질 변이체(V156K-apoA-I) : 아포지단백질의 156번째 위치한 아미노산인 발린(valine)이 라이신(Lysine)으로 치환된 아포지단백질 A-I
※ AGE(Advanced Glycation End-products) : 체내에서 탄수화물 등이 처리되는 과정에서 생성되는 부산물로, 활성산소와 유사하게 피부의 노화도 촉진함
 

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