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100세 시대 걸림돌 '골다공증'...새로운 치료표적 물질 제시
이름 : 언론홍보 | 작성일 : 2022.08.31 15:45 | 조회수 : 251
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100세 시대 걸림돌 '골다공증'...새로운 치료표적 물질 제시

파골세포 대사관련 조절 효소 발견으로, 골다공증 등에 대한 잠재적 치료표적 제시

 의생명과학 분야 세계적 저명 학술지 Experimental & Molecular Medicine誌 게재


그림1. 파골세포 분화 과정에서 분지사슬아미노산(BCAA)이 필요

 

 고령화로 인해 2007년 53만명이였던 골다공증 환자 수는 2021년 106만명으로 2배 이상 증가했다. 골다공증이 건강한 고령사회로 가는 길목을 막고 있는 가운데, 뼈를 분해하는 파골세포의 대사 과정에 핵심 역할을 하는 대사 물질 효소가 국내 연구진에 의해 발견됐다. 향후 골다공증, 퇴행성 골질환 등 치료제 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 보인다.  


 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI)은 서울서부센터 황금숙 박사 연구팀이 이화여자대학교(총장 김은미, 이하 이화여대) 생명과학과 이수영 교수 연구팀과 공동으로 파골세포의 분화를 촉진하는 대사 물질인 분지사슬아미노산(branced-chain amino acid, BCAA)*의 대사를 조절하는 효소를 세계 최초로 발견했다고 31일(수) 밝혔다. 

 * 분지사슬아미노산(branced-chain amino acid, BCAA) : 필수 아미노산 중 일부를 말하며, 발린, 류신, 이소류신 이 세 가지를 뜻하는 용어임.


 인체 뼈는 낡은 뼈를 파괴하는 파골세포(osteoclast)와 새 뼈를 만드는 조골세포(osteoblast)가 상호 작용하여 항상성을 유지한다. 하지만, 나이가 들면서 뼈의 파괴가 상대적으로 빨라지거나 뼈의 생성이 불충분한 경우 균형이 깨지면서 뼈에 구멍이 생겨 골밀도가 낮아지고, 이로 인해 작은 충격에도 쉽게 부러질 수 있는 상태가 된다. 이를 골다공증이라고 한다.


 현재까지 뼈의 항상성 유지에 중요한 파골세포의 분화 과정에서 포도당 대사가 가속화된다는 것과 분화에 영향을 미치는 일부 대사물이 보고된 바 있으나, 파골세포의 대사 관련 조절 물질들에 대해서는 정확히 알려진 바가 없었다.


사진1. KBSI 서울서부센터 설치운영 중인 800 MHz 핵자기공명장치 시스템


 공동연구팀은 KBSI 서울서부센터에 설치된 첨단 선도연구장비인 800 MHz 핵자기공명분광기-질량분석기 시스템을 이용, 파골세포 분화 중 대사 물질 분석을 통해 파골세포의 분화가 진행됨에 따라 세포 내 분지사슬아미노산이 증가하고, 파골세포의 후기 분화 단계에서 분지사슬아미노산이 필요함을 확인했다.


그림2. 분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)이 분지사슬아미노산(BCAA) 대사 과정을 조절해 파골세포의 성숙을 촉진


 파골세포 분화에는 분지사슬아미노산이 필요하지만, 이 중 발린이 가장 중요한 영향을 준다는 사실을 관찰했고, 관련 효소 중 하나인 분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)*이 파골세포의 분화를 촉진하고 있음을 밝혔다. 

 *분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1) : 효소로서, 분지사슬아미노산(BCAA)의 아민기를 α-케토글루타르산으로 전달하는 역할을 함.


 따라서, 분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)이 줄어들면 분지사슬아미노산에 의한 대사 활성도 줄게 되어 파골세포의 성숙이 억제되는 결과를 낳을 수 있다.


 기존에 대부분의 골다공증 치료 연구는 파골세포의 분화 또는 활성을 직접적으로 줄이는 데 중점을 뒀다. 반면, 본 연구는 대사 과정에 초점을 맞춰 분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)이 뼈세포 형성과 항상성을 조절할 수 있다는 것을 세계 최초로 규명한 것이다. 이로써 향후 파골세포의 분화를 조절할 수 있는 골다공증 치료제 개발에 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 제안했다. 


사진2. 연구자 사진_(왼쪽부터) KBSI 서울서부센터 황금숙 박사(공동교신저자), 이화여대 이수영 교수(공동교신저자), 

KBSI 서울서부센터 장서영 박사후연구원(공동1저자), 이화여대 고미연 학생(공동1저자)


 본 연구결과는 KBSI의 ‘첨단장비기반 멀티오믹스 빅데이터 융합 플랫폼 구축 사업’, 한국연구재단의 ‘중견연구지원사업’ 및 ‘선도연구센터지원사업’, 교육부의 ‘기초과학연구역량강화사업’의 지원으로 수행됐으며, 생화학분야 세계적 권위의 학술지인 Experimental & Molecular Medicine誌 [논문명 : BCAT1 promotes osteoclast maturation by regulating branched-chain amino acid metabolism, IF=12.153, 이화여대 고미연(공동제1저자), 이화여대 신은지(공동제1저자), KBSI 장서영(공동제1저자), KBSI 남미소(공저자), KBSI 황금숙(공동교신저자), 이화여대 이수영(공동교신저자)]에 6월 27일 게재됐다. 


 KBSI 황금숙 박사는 “본 연구는 파골세포의 대사물질 분석을 통해 골격 질환의 잠재적인 치료 표적을 발굴한 성과”라며, “향후에도 KBSI가 보유한 최첨단 선도연구장비 플랫폼을 활용해, 난치성 및 대사성 질환 등의 진단 및 약물 개발 연구를 확대해 나갈 계획”이라고 밝혔다.  


 이화여대 이수영 교수는 “분지사슬아미노전달 효소1과 분지사슬아미노산이 골세포 성숙과 뼈 대사를 조절하는 분자 메커니즘을 규명하는 후속 연구가 필요하다”고 밝혔다. <끝>

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