미토콘드리아 부산물 활용 병원체 저항성 강화

코로나 팬데믹 이후 바이러스 등 병원성 물질에 대응하는 면역력 조절의 중요성이 높아지고 있다. 사람을 포함한 동물은 외부 감염원에 대항하는 병원체 저항성이 발달해 있다. 미토콘드리아는 우리 몸 세포가 사용하는 에너지를 생성하는 발전소 역할에 더해 병원체에 저항하는 작용도 한다.

하지만 미토콘드리아가 에너지를 생성할 때 만들어지는 다양한 대사 부산물이 병원체 저항성에 어떤 역할을 하는지는 잘 알려져 있지 않다.

이승재 KAIST 생명과학과 교수 연구팀(RNA 매개 건강장수 연구센터)이 세포 속 발전소인 미토콘드리아의 부산물을 활용해 병원체 저항성을 제어하는 방법을 규명했다.

연구팀은 사람과 많은 유전자를 공유해 생물학 연구에 활용되는 작은 동물인 예쁜꼬마선충과 인간 세포를 활용한 연구를 수행했다.

그 결과, 세포에서 필요한 에너지를 만들어내는 세포 소기관인 미토콘드리아 안에서 에너지 및 대사 부산물을 형성하는 TCA 회로를 구성하는 효소인 아코니타제-2를 억제하자 개체 내 옥살아세트산 농도가 감소해 병원균 저항성이 강화된다는 사실을 밝혔다.

미토콘드리아의 TCA 회로는 포도당, 지방산, 아미노산 등 세포의 주요 에너지원을 분해해 에너지를 만들고, 그 과정에서 각종 부산물을 생성한다.

연구팀은 생성된 부산물 중 하나인 아코니타제-2의 억제로 줄어든 옥살아세트산이 미토콘드리아가 손상됐을 때 생기는 스트레스 반응인 미토콘드리아 미접힘 단백질 반응(Mitochondrial unfolded protein responseUPRmt)을 활성화해 병원균 저항성을 강화한다는 것을 발견했다. 이런 현상은 인간 세포에서도 마찬가지여서 아코니타제-2 및 옥살아세트산의 저하에 따른 병원균 저항성 향상 효과가 예쁜꼬마선충부터 포유류까지 보존돼 있음을 입증했다.

아코니타제-2는 미토콘드리아 기능에 필수적인 효소로, 이를 억제하게 되면 미토콘드리아 손상과 암을 포함한 심각한 질환을 유발할 수 있다.

그러나 이번 연구에서는 아코니타제-2의 기능을 적절히 감소할 경우 예쁜꼬마선충의 장수를 유도하고 병원균에 대한 저항성을 높이는 등 긍정적인 효과가 있다는 것을 알아냈다.

연구팀은 미토콘드리아 아코니타제가 병원균 저항성을 조절하는 치료제의 새로운 표적이 될 수 있다는 가능성을 제시한다고 설명했다.

이와 함께 미토콘드리아의 역할도 재조명했다. 세포 내 발전소로서 에너지를 형성할 뿐 아니라 그 과정에서 생기는 부산물인 옥살아세트산이 병원균 저항성을 조절함을 밝혀 완전히 새로운 방법으로 세포 면역을 조절할 수 있음을 제시했다.

KAIST 생명과학과 김은아 박사, 이유진 박사, 박혜은 박사, 함석진 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 세계적 석학인 아담 안테비 박사(독일 막스플랑크 연구소) 연구팀과의 공동연구로 진행됐으며, 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 6월 22일 출판됐다. 논문명 Mitochondrial aconitase suppresses immunity by modulating oxaloacetate and the mitochondrial unfolded protein response.

이번 연구는 한국연구재단 리더연구과제 지원으로 진행됐다.