'개구리'서 연골 형성 유전자 발견 "관절염 치료 가능성"

박태주 UNIST 교수팀, 연골 형성 관여하는 유전자 'ITGBL1' 발견
ITGBL1 단백질과 연골의 관련성 모식도.<사진=UNIST 제공>ITGBL1 단백질과 연골의 관련성 모식도.<사진=UNIST 제공>

국내 연구팀이 관절염을 치료할 유전자를 개구리 연구로 찾아냈다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영)는 박태주 생명과학부 교수 연구팀이 아프리카발톱개구리 연구를 통해 '인테그린 베타 라이크 원'(ITGBL1) 유전자가 연골 형성에 관여한다는 사실을 규명했다고 11일 밝혔다.

ITGBL1 유전자를 조절하면 '관절염 악화 방지', '연골 재생 촉진' 등이 가능하다는 사실도 규명했다.

관절염은 대부분 뼈와 뼈 사이에 있는 물렁뼈, 즉 연골이 닳으면서 생긴다. 연골은 다른 세포나 조직처럼 쉽게 재생되지 않는다. 연골의 주요성분이 연골세포가 아니라 단단한 세포 밖 물질(세포외기질)이기 때문이다.

연골세포는 세포외기질과 꾸준히 신호를 주고받으며 견고한 조직을 만든다. 이때 수개월에서 수년 정도 긴 시간이 필요하다. 때문에 연골은 재생이 어려운 조직으로 꼽힌다.

연구팀은 연골세포가 세포외기질과 신호를 주고받는 데 이용하는 '인테그린'(Integrin) 단백질에 주목했다. 세포 표면에 있는 이 단백질은 연골세포에게 신호를 보내 초기 연골조직이 만들어지도록 돕는다.

하지만 시간이 지나면 오히려 연골 형성을 방해하므로 이 신호를 줄여야 연골 형성이 쉽다. 연구팀은 이 과정에 관여하는 유전자를 알아내면 연골 재생도 조절할 수 있다고 봤다.

연구팀은 우선 연골 형성에 관여하는 유전자부터 찾았다. 실험동물로는 아프리카발톱개구리를 활용했다. 이 개구리는 실험실에서 쉽게 다룰 수 있고 유전적으로도 사람과 비슷해 오래전부터 이용돼왔다.

체외수정을 하므로 수정란을 쉽게 얻을 수 있으며 알이 크고 발생 과정이 빨라서 배아가 성체(개구리)로 변하는 발생 과정을 연구하기 좋다.

연구 결과 아프리카발톱개구리의 얼굴 연골로 분화하는 연골세포에서 'ITGBL1 유전자'가 많이 발현됐다. 이 유전자는 특히 연골세포가 연골조직을 만드는 과정 중 '인테그린 신호가 줄어야 하는 시기'에 맞춰 분비됐다.

ITGBL1 유전자가 발현돼 만들어진 ITGBL1 단백질이 인테그린 신호를 억제해 연골조직 생성을 촉진한 것이다.

박태주 교수는 "관절염이 생기면 특정 효소가 나와 연골을 분해하고 분해된 조각이 다시 염증반응을 일으키는 악순환이 나타난다"라며 "이런 현상은 인테그린 활성 때문에 발생하는데, ITGBL1 단백질이 분비되면 이런 악순환의 고리를 끊을 수 있다"고 설명했다.

특히 ITGBL1 단백질은 세포 밖으로 분비돼 세포 외부에서 작용한다. 이 덕분에 바이오 신약으로 활용될 수 있고 세포치료제로서 가능성도 높다.

그는 "인테그린의 과도한 활성은 관절염뿐 아니라 암, 과민성 대장증후군, 건선 등 다양한 질환과도 연결돼 있다"라며 "이번 연구로 ITGBL1 단백질이 인테그린 활성을 저해할 수 있다는 게 밝혀지면서 다양한 질환의 바이오 신약으로 활용될 가능성도 열렸다"고 덧붙였다.

한편 이번 연구 결과는 사이언스(Science)의 자매지인 '사이언스 중개의학'(Science Trnaslational Medicine)에 10일(현지시각) 온라인판으로 게재됐다. 
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