KAIST, 세포 성장신호 '스위치' 발견…차세대 항암 표적 제시

연세대와 공동연구, MSC와 mTORC1 활성화 원리 규명

암세포 성장신호 차단 가능…차세대 항암법 개발 '가속'

[대전=뉴시스] KAIST 화학과 박희성 교수와 강진영 교수가 연세대와 공동연구를 통해 세포 안의 특정 단백질(LARS1)이 영양상태를 감지해 성장스위치(mTORC1)를 작동시키는 원리를 밝혀 차세대 항암 치료법 개발에 속도가 붙게 됐다. 사진은 연구 개요도.(사진=KAIST 제공)  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 세포가 영양분을 감지해 성장스위치를 켜는 핵심 원리를 세계 최초로 규명하고 암세포의 성장신호가 시작되는 초기과정을 밝혀 차세대 표적 항암제 개발에 속도가 붙게 됐다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 화학과 박희성 교수와 강진영 교수팀이 연세대 김성훈 교수팀과 공동 연구를 통해 세포의 영양신호가 성장신호로 전환되는 분자메커니즘을 규명했다고 26일 밝혔다.

세포는 아미노산 등 영양분이 충분한지를 확인한 뒤 성장과 단백질 합성, 에너지 대사를 조절한다. 이 과정에서 핵심 역할을 하는 것이 세포의 성장스위치인 'mTORC1'다.

mTORC1은 영양분이 충분할 때 세포성장과 단백질합성을 촉진하지만 과도하게 활성화되면 비정상적인 세포증식을 유도해 여러 암의 발생과 진행에 관여한다. 하지만 세포가 영양상태를 감지해 mTORC1을 활성화하는 과정은 그동안 명확히 밝혀지지 않았다.

이번에 연구팀은 단백질 합성효소들이 모여 있는 다중 아미노아실-tRNA 합성효소 복합체(MSC)에 주목했다. MSC는 단백질 합성을 돕는 역할만 하는 것으로 알려졌지만 이번 연구를 통해 영양상태를 감지해 성장신호를 전달하는 핵심 플랫폼이라는 사실이 확인됐다.

핵심은 MSC 안에 있는 LARS1이라는 단백질로 밝혀졌다. 연구팀에 따르면 평소에는 LARS1이 IARS1과 결합한 채 MSC 안에 머물러 성장신호가 켜지지 않지만 영양분이 충분해지면 LARS1에 인산화가 일어나 IARS1과 분리되고 MSC 밖으로 이동해 mTORC1을 활성화한다.

연구팀이 극저온 전자현미경(Cryo-EM)으로 LARS1과 IARS1 복합체 구조를 분석한 결과, 영양분이 공급되면 LARS1의 특정 부위(Ser1070·Ser1077·Ser1082)가 동시에 인산화되면서 두 단백질의 결합력이 크게 약해지는 것으로 확인됐다.

[대전=뉴시스] (왼쪽부터)박희성 교수와 강진영 교수, 우측 상단은 김유진 박사. *재판매 및 DB 금지

또 인산화 상태를 모방한 LARS1 변이 단백질을 제작한 결과, mTORC1 활성이 크게 증가했으며 세 부위가 모두 인산화된 삼중 변이체에서 가장 높은 활성이 나타났다. 이를 통해 LARS1의 다중 인산화가 영양 신호를 성장 신호로 바꾸는 핵심 분자 스위치임을 입증했다.

연구팀은 "MSC는 여러 단백질이 모여 대기하는 관제센터고 LARS1은 성장 스위치를 켜기 위해 밖으로 나가는 신호 전달 요원과 같다"면서 "세포에 영양분이 충분해지면 LARS1에 인산화라는 출동 신호가 전달되고 이를 받은 LARS1은 붙어 있던 IARS1과 분리돼 MSC 밖으로 이동한다. 이후 세포의 성장 스위치인 mTORC1을 활성화한다"고 설명했다.

현재 일부 항암제는 mTORC1 자체를 직접 억제해 정상세포에도 영향을 미치지만 LARS1이나 이를 조절하는 효소를 표적으로 삼으면 성장신호가 시작되는 초기단계만 선택적으로 차단할 수 있어 연구팀은 이번 연구가 기존 항암제의 한계를 극복하는 새로운 치료전략으로 이어질 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 KAIST 화학과 김유진 박사가 제1저자로 참여했으며 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인판에 지난달 11일 게재됐다.

강진영 교수는 "영양신호가 세포 성장신호로 전환되는 과정을 구조적으로 규명했다"고 말했고 박희성 교수는 "세포의 영양 감지와 성장신호 활성화 과정을 분자수준에서 규명해 차세대 항암제 개발의 중요한 기반을 마련했다"고 밝혔다.


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