박보연 교수팀, 염증성 장 질환 치료 단서 제공해

새로운 장 내 항상성 조절 기전 규명

세계적 과학 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’지에 게재

첫 번째줄 왼쪽부터 최준희 학생, 박보연 교수, 나은 학생

두 번째줄 왼쪽부터 강수진 학생, 이은혜 학생, 박아름 학생, 허현빈 학생, 최현진 학생

세 번째줄 왼쪽부터 이태윤 학생, 이성욱 연구교수

박보연 교수 연구팀(시스템생물학과)이 새로운 형태의 장 특이적 자가 포식체 유도 단백질을 발견하고 이를 통한 장 내 항상성 조절 기전을 밝혀냈다. 이는 박테리아 감염 시에만 발생되는 자가 포식체로서 TRIM31이라는 미토콘드리아 발현 단백질을 통해 형성된다. 현재 알려져 있는 LC3 단백질을 통한 자가 포식 과정과는 다른 새로운 형태의 자가 포식체라는 것을 규명한 본 연구 결과는 세계적 국제 권위지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 5월 24일 게재되었다.

장은 많은 양의 미생물과 공존하는 매우 독특한 기관이며 장 내 미생물은 우리 몸의 균형을 유지하는 데 필수적인 요소로 잘 알려져 있다. 소장 및 대장은 다양한 세포·면역학적 기능을 통해 장 내 미생물 집단을 일정하게 조절함으로써 장내 항상성(intestinal homeostasis)을 유지하지만, 만약 이러한 조절 기전에 문제가 생겨 과도한 면역반응이 일어나면 크론병과 같은 만성 염증성 자가 질환이 유도될 수 있다. 최근 들어 상피세포에 감염된 박테리아가 자가 포식체를 통해 제거될 수 있고 이러한 기전이 억제되면 크론병 발병이 증가한다는 연구가 발표됐으나, 구체적 메커니즘에 대해서는 연구된 바가 적어 크론병 진단 마커 및 치료제 개발에 어려움이 있었다.

[그림 1] 장 내 박테리아 감염 시 TRIM31에 의한 새 로운 형태의 자가 포식체 유도 기전 및 유해 감염균 제거 메커니즘 모식도

박보연 교수 연구팀은 장 특이적 발현 단백질인 TRIM31이 새로운 형태의 자가포식체 형성을 촉진해 감염된 박테리아를 효과적으로 제거하고 장 내 항상성 유지에 중요함을 보였다(그림 1). 이는 기존에 잘 알려진 Atg5나 Atg7에 의한 자가포식체 형성 기전과는 매우 독립적인 메커니즘이며, 장 특이적 발현 단백질이 장내 새로운 자가 포식체를 유도하여 항상성을 유지한다는 것에 의의를 가진다.

또한 발열, 구역, 복통, 설사 등을 일으키는 유해 세균인 이질균(Shigella flexneri)을 장 상피세포에 감염시킨 경우, TRIM31은 감염된 이질균 주위로 새로운 자가포식체를 활발히 유도하여 유해 세균의 제거를 촉진했다. 이에 따라 TRIM31의 발현이 억제된 장 상피세포에서는 유해 세균의 수가 증가했고 반대로 TRIM31이 과발현된 세포는 이질균의 수를 효과적으로 억제했다. 위 결과를 통해 TRIM31이 장에 존재하는 박테리아의 수를 효과적으로 조절함으로써 만성적 염증 반응을 예방할 수 있으며 장내 항상성 유지에 중요함을 증명했다. 특히 크론병 환자의 장 조직을 분석했을 때 TRIM31의 발현이 억제되어 있는 것을 발견함으로써 염증성 장 질환의 진단 마커 및 치료제를 개발하는 것은 물론 TRIM31 발현 증강 유용 미생물 발굴을 통한 식품 보조제 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.

본 연구는 박 교수 연구팀의 나은 학생(제1저자, 석·박사 통합과정) 및 이성욱 연구교수가 주도했으며 천재희 교수(의과대학), 조진원 교수(융합오믹스/시스템생물학과)가 공동으로 참여했다. 한편, 본 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도전), 보건복지부의 암정복추진연구개발사업, 질병중심 중개기반연구 및 연세 미래선도연구사업으로 수행되었다.