▲ ERAD 시스템이 고장난 연골세포(우측)과 정상 연골세포(좌측) /  연골세포 안에서 연골조직의 구성 성분(ECM 단백질 분자)이 합성돼 분비된다. 연골조직 세포 외부로 분비될 수 있도록 소포체에서 합성되는데, 이 소포체에서 단백질 품질 관리 기능을 수행하는 것이 ERAD 복합체다. ERAD 복합체 기능 저하로 비정상적인 단백질들이 제때 분해되지 못하고 쌓이면 연골재생이나 새로운 연골조직 생성이 어렵게 된다.(그림제공=UNIST)   © 특허뉴스

연골은 한 번 손상되면 재생이 어렵다. 노화가 그 대표적 원인으로 꼽혔는데, 최근 세포에 비정상적인 단백질이 쌓여 연골 손상을 악화할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

UNIST 생명과학과 박태주 교수팀은 아주대학교 의과대학 양시영 교수팀과의 연구를 통해 연골세포의 ERAD 시스템이 제 기능을 하지 못해 연골 손상이 악화 된다는 이론을 제시했다.

세포의 ERAD 시스템은 비정상적인 단백질을 골라 분해할 때 가동되는 대사 경로 중 하나다.

실제 연골조직 손상으로 발병하는 골관절염 환자를 분석한 결과, 이들의 연골세포는 ERAD 시스템 유전자의 활성이 뚜렷하게 줄어들어 있었다. ERAD 시스템 가동에 필요한 단백질들이 제대로 합성되지 못하고 있단 의미다. 노화에 의한 효과를 배제한 실험 쥐 대상 실험에서도 이와 비슷한 결과를 얻었다.

또 연골세포가 연골조직 단백질을 합성하는 과정에서 ERAD 시스템 유전자 발현이 뚜렷이 증가해 있었으며, ERAD 시스템 유전자를 억제한 개구리는 심각한 연골저형성증이 나타났다.

연구팀은 “이 같은 실험 결과는 골관절염의 주요 원인인 연골조직 손상이 노화와 더불어 ERAD 시스템의 기능 저하로 발생할 수 있음을 보여준다”며 “이번 연구를 통해 ERAD 시스템을 조절하는 방식으로 연골세포의 기능을 향상시켜 손상 연골을 재생하거나 연골 손상을 방지할 수 있는 새로운 약물 개발 전략을 제시했다”고 설명했다.

한편, ERAD 시스템은 세포의 소포체 안에서 그 기능을 수행하는데, 연골의 주요 성분(ECM 단백질)도 연골세포 소포체 안에서 합성돼 세포 밖으로 배출된다. 연구진은 바로 이점에 착안해 연구를 시작했다.

연구팀은 “이번 연구로 이제껏 밝혀지지 않았던 연골조직 발생, 골관절염 악화와 세포내 비정상 단백질의 축적 간의 관련성을 최초로 밝혀냈다”고 설명했다. 세포 내 비정상 단백질의 축적이 알츠하이머병, 헌팅턴병 같은 질병과 연관되어 있다는 결과는 보고된 바 있다.

이번 연구는 UNIST 심효정 박사와 아주대학교 의과대학 조찬미 박사과정생이 제1 저자로 연구를 진행했다. 연구 결과는 1월 21일(현지시각) 세계적인 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)에 발표됐다.

논문명은 Augmented ERAD (ER-associated degradation) activity in chondrocytes is necessary for cartilage development and maintenance 이다.