경북대 조동형 교수팀, 손상된 퍼옥시좀 제거하는 신규 세포 기전 규명⋯희귀질환 연구에 새 단서

경북대학교 생명공학부 조동형<사진> 교수 연구팀이 세포 내 손상된 퍼옥시좀(peroxisome)을 선택적으로 제거하는 새로운 조절 메커니즘을 규명했다. 

퍼옥시좀 기능 이상은 희귀 난치성 대사질환으로 이어지는 만큼, 이번 연구는 관련 질환의 원인 규명과 치료전략 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.

퍼옥시좀은 지방산 대사와 활성산소(ROS) 조절을 담당하는 핵심 세포 소기관이다. 기존 연구에서는 퍼옥시좀 형성 과정에 많은 관심이 집중돼 왔으나, 손상된 퍼옥시좀이 어떻게 제거되는지에 대한 구체적 기전은 명확히 밝혀지지 않았다. 

특히 퍼옥시좀 형성에 중요한 단백질인 PEX1이 소실될 경우 퍼옥시좀이 급격히 줄어드는 현상은 알려져 있었지만, 그 분자적 원인은 미스터리로 남아 있었다.

조 교수팀은 이번 연구에서 손상된 퍼옥시좀을 선택적으로 분해하는 ‘펙소파지(pexophagy)’가 TBK1–MARCHF7–PXMP4–NBR1로 이어지는 신호 축(axis)에 의해 조절된다는 사실을 세계 최초로 규명했다.

연구 결과에 따르면, PEX1 단백질이 사라지면 세포 내 활성산소가 증가하고 이를 감지한 TBK1 단백질이 즉시 활성화된다. 활성화된 TBK1은 유비퀴틴 접합 효소인 MARCHF7을 인산화해 작동시키며, MARCHF7은 손상된 퍼옥시좀 표면 단백질(PXMP4)에 유비퀴틴 표식을 부착한다. 이후 유비퀴틴 표식을 인지하는 수용체 단백질 NBR1이 결합하면서 손상된 퍼옥시좀이 선택적으로 제거되는 펙소파지 과정이 진행된다.

조동형 교수는 “기존 연구가 퍼옥시좀의 ‘형성’에 집중됐다면, 이번 연구는 ‘제거’ 과정을 분자 수준에서 상세히 규명했다는 점에서 의의가 크다”며 “퍼옥시좀 형성장애 등 희귀 대사질환의 발병 원인 분석과 치료 전략 설계에 중요한 기반이 될 것”이라고 설명했다.

이번 연구의 교신저자는 조동형 교수와 ㈜오가시스 조두신 박사이며, 제1저자는 생명과학부 석·박사통합과정 김용환 학생이다. 연구는 한국연구재단 중견연구지원사업, 산업통상자원부 산업혁신기반구축사업, 식품의약품안전처 연구개발사업의 지원을 받았으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Autophagy(IF 14.3)’ 11월 27일자 온라인판에 게재됐다.

/김재욱기자 [e-mail]