코엔자임 Q 유도체 투여를 통한 시신경위축증 모델의 미토콘드리아 기능 회복
[베리타스알파=박원석 기자] 서울대는 화학부 이현우 교수, 생명과학부 김종서 교수, KAIST 서재명 교수, 한국생명공학연구원(KRIBB) 이규선 박사 연구팀으로 이루어진 공동 연구팀이 세포 내 에너지 생성의 중심인 코엔자임 Q (CoQ) 합성에 필수적인 단백질 RTN4IP1(OPA10)의 중요성을 밝혔다고 27일 밝혔다.
연구팀은 근접분자 표지기술을 마우스 모델에 활용해 RTN4IP1(OPA10) 단백질이 세포 내 코엔자임 Q 생합성에서 중요한 역할을 담당함을 발견했다. 근접분자 표지기술은 특정 단백질의 주변에 있는 다른 단백질들을 정밀하게 식별할 수 있는 기술로써, 특정 세포소기관의 단백질체와, 특정 단백질의 주변 단백질체를 연구할 수 있도록 돕는다.
공동연구팀은 RTN4IP1(OPA10) 단백질이 기존에 코엔자임 Q 생합성에 관여하는 것으로 알려진 COQ3 단백질과 직접적으로 상호작용함을 발견했다. 코엔자임 Q는 세포의 에너지 생산에서 중요한 역할을 하는 물질로, 이의 생합성이 잘 이루어지지 않을 경우 시력 손실, 근육의 기능 저하 등 다양한 질병의 원인이 될 수 있다.
연구팀은 실제로 RTN4IP1(OPA10) 단백질의 결핍이 세포 내 코엔자임 Q의 생산을 저하시키는 것을 확인했으며 실험실 환경의 세포에서 뿐 아니라, 초파리 모델에서도 RTN4IP1(OPA10) 단백질의 결핍이 심각한 코엔자임 Q 결핍과 운동 능력 약화를 가져옴을 확인했다. 이러한 운동능력의 저하는 코엔자임 Q 보충을 통해 상당 부분 회복됐다.
공동연구에 1저자로 참여한 박이삭 연구원은 "RTN4IP1이 기존에 알려진 코엔자임 Q 관련 단백질들과 상호작용하며 코엔자임 Q 생합성에 깊게 관여함을 확인했다. 이번 연구를 통해 RTN4IP1 단백질의 위치 정보를 수정하고, 중요한 기능을 발견하게 돼 매우 기쁘다”며, "이를 바탕으로 코엔자임 Q와 관련된 다양한 질병의 치료 방안을 새롭게 모색할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이현우 교수 역시 "근접분자 표지기술을 활용하여 조직 특이적인 미토콘드리아 단백질체 구성과, RTN4IP1의 기능을 규명할 수 있었다. 이렇게 중요한 결과를 얻을 수 있어서 매우 뜻깊게 생각한다”고 전했다.
이번 연구에서 서울대 화학부 이현우 교수 연구실은 초고해상도 근접분자 표지기술을 개발/활용하여 심장과 근육 조직에서 RTN4IP1(OPA10)을 발견하고, RTN4IP1(OPA10)의 인접 단백질을 분석하는 연구를 수행했다. KAIST 의과학대학원 서재명 교수 연구실은 RTN4IP1(OPA10) 결핍 세포 제작과 해당 세포에서의 대사 활동 분석을 진행했다. 서울대 생명과학부 김종서 교수 연구실은 단백체 질량 분석과 코엔자임 Q와 관련된 대사체 질량 분석을 진행으며, 한국생명공학연구원 이규선 박사 팀은 RTN4IP1(OPA10) 결핍 초파리 모델 제작/행동 분석을 수행했다.
이번 연구는 Nature Chemical Biology 저널 (Impact factor : 16.284)에 2023.10.27.일자로 발표됐으며, 이 연구를 통해 미토콘드리아 기질 단백질로 새롭게 밝혀진 RTN4IP1(OPA10)의 중요성/기능, 그리고 Coenzyme Q와의 관계에 대한 깊은 이해를 얻을 수 있게 됐다. 이를 통해 인체내 CoQ 부족으로 인해 발생하는 시신경위축증 등의 질병의 치료법 개발로 이어질 수 있는 새로운 연구 방향성을 제시할 것으로 기대되며, 근접분자 표지기술 마우스 모델을 활용해 노화와 만성 대사성질환 모델 연구에 도움을 줄 것으로 기대된다.
이번 연구는 한국연구재단, 한국뇌연구원, 기초과학연구원, 삼성미래기술육성사업, 한국산업기술평가관리원의 알키미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행됐다.
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