국내 연구팀에 의해 암, 당뇨 등의 염증성 질환이 활성산소에 의해 유발되는 분자적 메커니즘이 밝혀졌다.

한국생명공학연구원(생명硏, 원장 오태광) 생체방어시스템연구센터 김명희 박사팀은 세포의 산화적 스트레스 환경에서 급격히 증가하는 활성산소가 어떠한 요인·과정에 따라 암, 당뇨와 같은 염증성 질환을 유발하는지에 대한 메커니즘을 규명하였다.

이번 연구결과는 미래부 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단(단장 김성훈)과 한국생명공학연구원 전문연구사업 등의 지원으로 수행되었고, 세계적 학술지 Nature Communicationsʼ(IF 10.015)에 1월 6일자 온라인판으로 게재되었다
＊ 논문명 : The structural basis for the negative regulation of thioredoxin by thioredoxin-interacting protein

활성산소(ROS, reactive oxygen species)는 인간의 정상 세포의 활동에서 생성되는 것으로, 세포내에 적당한 농도로 존재하면 세포증식과 분화 등을 조절하는 기능이 있으나, 적외선, 바이러스 감염, 고혈당 등의 환경에서 세포의 스트레스에 의해 과다하게 증가하게 되면 암, 당뇨와 같은 염증성 질환의 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다.

그러나, 어떤 메커니즘에 의해 활성산소가 염증 조절 등에 영향을 미치는가에 대한 정확한 연구 결과는 알려져 있지 않았다.

연구팀은 염증 조절 단백질 TXNIP와 항산화효소 단백질 TRX의 결합체에 대한 고해상도 입체구조 분석을 통해 활성산소에 의한 두 단백질간 상호작용 조절 메커니즘을 밝히고, 이로부터 활성산소로 인한 염증 조절 원리를 규명하였다.

연구팀은 정상적인 세포 환경에서는 TXNIP(thioredoxin-interacting protein)가 TRX(thioredoxin)의 기능을 억제하기 위해 TRX와 함께 결합체를 형성하고 있다가, 세포의 산화적 스트레스 환경에서 활성산소의 농도가 급격히 증가하게 되면 TXNIP·TRX결합체에서 TXNIP가 분리된다는 사실을 확인하였다.

즉, 고농도의 활성산소는 TRX와 TXNIP의 결합체에 직접적으로 영향을 미쳐 TXNIP를 결합체로부터 분리시키고, 분리된 TXNIP는 기존에 발표된 연구와 같이 가장 중요한 염증조절인자로 알려진 IL-1β(intereukin-1β, 인터루킨-1베타)의 분비를 촉진시켜 염증성 질환에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.
* TXNIP가 IL-1β에 영향을 줌으로써 염증성 질환에 관여한다는 사실은 기존에 발표되었던 내용임(ʼ09, 생명硏 최인표 박사)

또한, 연구팀은 활성산소 농도가 정상적인 세포 환경으로 돌아가면 다시 결합체를 형성한다는 사실을 확인하였는데, 이는 활성산소 농도에 의해 세포의 산화 및 환원 환경이 조성되고 이에 따라 TXNIP와 TRX 두 단백질간에 다양한 종류의 이황화결합이 이루어진다는 것을 알 수 있었다.
* 이황화결합 : 화학결합의 일종으로 분자간 또는 분자내 황원소간의 결합

이번 연구성과는 비정상적인 활성산소의 증가로 인해 유발·촉진되는 당뇨, 암 등의 염증성 질환 치료를 위한 새로운 이론적 근거를 마련했다는데 의의가 있으며, 이번 연구를 주도한 김명희 박사는 “TXNIP·TRX결합체의 고해상도 입체구조는 염증·당뇨 질환 치료제 개발을 위한 연구기반이 될 것이며, 항암치료제 개발을 위한 중요 타깃으로 연구되고 있는 TRX의 기능 억제 물질 개발에 핵심적 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.