[이달의 과학기술자상] 이상열 경상대학교 교수

생체 방어 단백질 메커니즘 규명

세포 노화관련 '퍼록시레독신'구조·기능 분석

노인성 질환등 난치병 조기진단·치료 길 열어

경상대 환경생명과학 국가핵심연구센터 이상열(오른쪽 세번째) 교수와 연구진들. 퍼록시레독신 단백질 분석을 통해 새로운 생체 방어메커니즘을 밝혀냈다.

[이달의 과학기술자상] 이상열 경상대학교 교수

생체 방어 단백질 메커니즘 규명세포 노화관련 '퍼록시레독신'구조·기능 분석노인성 질환등 난치병 조기진단·치료 길 열어

경상대 환경생명과학 국가핵심연구센터 이상열(오른쪽 세번째) 교수와 연구진들. 퍼록시레독신 단백질 분석을 통해 새로운 생체 방어메커니즘을 밝혀냈다.

‘이달의 과학기술자상’ 12월 수상자로 선정된 이상열 경상대학교 교수(자연과학대학 생화학과)는 생체 방어기능을 수행하는 퍼록시레독신 단백질의 구조 및 기능 조절과정을 규명함으로써 난치병의 조기진단과 치료를 가능하게 했다는 평가다.

특히 한 종류의 단백질이 세포의 상태를 파악, 각기 다른 두 가지 기능으로 전환하며 활성을 조절한다는 사실을 규명됐다는 데 중요한 의미가 있다. 세포의 노화과정에 대한 근본적인 이해와 함께 새로운 노화 및 퇴행성 질환에 대한 진단과 치료제의 개발가능성을 제시했다고 할 수 있다.

이상열 교수가 주목한 대상은 인체를 비롯한 자연계의 모든 생명체에 존재하는 퍼록시레독신이라는 단백질. 퍼록시레독신 단백질은 외부 스트레스에 의해 생성되는 활성산소종의 농도변화를 인지, ‘퍼록시다제(peroxidase) 기능’으로부터 ‘샤페론(chaperone) 기능’으로 전환돼 각각의 활성을 조절함으로써 다양한 스트레스로부터 생명체를 보호하고 있다.

퍼록시레독신은 보통의 경우 생체 내에서 발생하는 유해물질인 활성산소종을 분해시켜 없애는 역할(퍼록시다제 기능)을 맡는다. 특히 생체에 질병바이러스가 침투하는 등 커다란 스트레스에 직면할 경우 서로 결합하며서 수십배 커진다. 이를 통해 단백질, DNA, 지방 등 생체 주요구성물질을 감쌈으로써 아예 활성산소종과의 접촉을 차단, 생명체를 보호(샤페론 기능)하는 것이다.

퍼록시레독신 단백질의 활성조절 메커니즘

그동안 알츠하이머 치매 등 노인성질환이나 다운증후군, 유방암, 폐암 등을 앓고 있는 환자 세포에서 퍼록시레독신이 대량으로 만들어진다는 점이 보고됐지만 그 메커니즘을 규명한 것은 이 교수가 처음이다.

활성산소종은 세포가 산소를 이용해 에너지를 만들어내는 과정에서 자연적으로 발생하는 성분. 단백질 등 구성물질을 산화시킴으로써 세포를 서서히 늙고 병들게 만드는 주범이다. 더욱이 급격한 환경변화, 예를 들어 각종 병원균이 인체에 침투하는 등의 스트레스가 닥치면 이 활성산소종의 양이 갑자기 늘어나면서 세포에 위험신호를 보내는 역할을 맡는다. 세포에 스트레스 부여와 함께 신호전달 기능도 하는 셈이다.

이 교수가 밝혀낸 것은 활성산소종의 이런 이중적 역할에 대해 생명체가 어떠한 전략을 구사해 세포내의 활성을 유지하고 그 유해성을 제거하며 생존해 나가느냐에 관한 것이다. 퍼록시레독신 단백질이 지금까지 알려진 퍼록시다제 기능 이외에 샤페론 기능도 수행한다는 게 골자다.

세포가 외부로부터 심각한 스트레스를 받았을 때 퍼록시레독신은 다량으로 생성되는 활성산소종의 농도를 인지해 매우 빠른 속도로 저분자량의 단백질로부터 거대분자의 단백질 복합체 구조로 바뀌는 게 샤페론 기능. 이를 통해 퍼록시레독신은 세포내에서 스트레스에 의해 기능을 상실하며 죽어가는 수많은 생체 주요 고분湧？변성을 방지, 외부 스트레스로 인한 세포의 기능상실을 막아내고 있다.

이번 연구결과의 중요성은 퍼록시레독신 단백질이 대표적인 노인성 질환인 알츠하이머나 다운증후군ㆍ유방암 등과 같은 비정상 종양세포에서 많이 생기는 것이 보고되어 있지만 아직까지 대량발현 이유자체를 규명하지 못한 상태서, 퍼록시레독신과 이들 질병과의 기능적 연관관계에 대한 새로운 해석을 제시했다는 데 있다. 포록시레독신의 활성조절 메커니즘에 근거해 활성 증진제나 저해제 등을 개발, 응용한다면 이들 질병의 진단 및 치료, 예방법을 찾아 낼 것으로 기대된다.

이 교수는 실험을 통해 퍼록시레독신 유전자를 제거시킨 형질전환 쥐가 출혈성 빈혈과 여러 종류의 악성 종양으로 인해 사망한 연구결과를 도출했다. 퍼록시레독신은 인체의 질병분만 아니라 식물이나 미생물에서도 중요한 생체방어기능을 수행한다. 이 교수는 이 유전자를 식물체에 도입한 형질전환 식물체를 제조할 경우 다양한 환경 스트레스에 저항성을 가지는 내병성, 내재해성 식물의 제조가 가능할 것으로 예측했다.

이 교수의 연구결과는 ‘환경 스트레스에 대한 퍼록시레독신 단백질의 두 가지 기능조절에 의한 생체방어 기전연구’란 제목으로 세계적인 생물학술지 ‘셀(Cell)’지 2004년 6월호에 발표됐다.

진주=최수문기자 [e-mail]

입력시간 : 2004-12-01 21:13