한국과학기술원(KAIST)은 화학과 박희성·강진영 교수 연구팀이 연세대학교 김성훈 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 세포가 영양 상태를 감지하고 성장 신호를 활성화하는 핵심 원리를 규명했다고 26일 밝혔다.
세포 안의 영양 관제센터, 'MSC'의 새로운 역할 밝혀져
우리 몸의 세포는 주변에 아미노산 등 영양분이 충분한지 실시간으로 확인한 뒤, 그 결과에 따라 성장과 단백질 합성, 에너지 사용을 조절한다. 이 과정에서 중심적인 조절자 역할을 하는 것이 바로 세포의 '성장 스위치'로 불리는 단백질 복합체 'mTORC1'이다.
mTORC1은 영양분과 에너지가 풍부할 때 세포의 성장과 단백질 합성을 촉진한다. 하지만 이 스위치가 지나치게 활성화되면 세포가 비정상적으로 성장 및 증식하게 되며, 실제로 여러 암 질환에서 이러한 비정상적 활성화 현상이 나타나는 것으로 알려져 있다.
공동 연구팀은 단백질 합성에 필요한 여러 효소가 모여 있는 복합체인 'MSC(다중 아미노아실-tRNA 합성효소 복합체)'에 주목했다. 그동안 MSC는 단순히 단백질 합성을 보조하는 역할만 하는 것으로 알려졌으나, 이번 연구를 통해 세포 내 영양 상태를 감지해 성장 신호를 전달하는 핵심 허브 역할까지 수행한다는 사실이 새롭게 밝혀졌다.
LARS1의 '출동 신호'로 작동하는 성장 스위치
연구팀에 따르면, MSC 안에는 류신이라는 아미노산을 인식하는 효소인 'LARS1'이 존재한다. 세포에 영양분이 충분하다는 신호가 들어오면 LARS1은 '인산화'라는 화학적 변화를 겪게 된다.
연구팀은 이를 이해하기 쉽게 비유해, MSC는 여러 단백질이 모여 대기하는 '관제센터'이며 LARS1은 성장 스위치를 켜기 위해 밖으로 나가는 '신호 전달 요원'과 같다고 설명했다.
세포 내 영양분이 충분해지면 LARS1에 '출동 신호(인산화)'가 전달된다. 이 신호를 받은 LARS1은 함께 결합해 있던 아이소류신 인식 효소인 'IARS1'과 분리되어 MSC 밖으로 이동한 뒤, 세포의 성장 스위치인 mTORC1을 최종적으로 활성화한다.
즉, 영양분이 부족할 때는 LARS1이 MSC 내부에 단단히 묶여 있어 성장 스위치가 켜지지 않지만, 영양분이 충분해지면 LARS1이 MSC 밖으로 빠져나와 mTORC1을 켜는 구조다.
비정상적 암세포 성장 차단에 기여할 전망
이번 연구는 영양 신호가 세포의 성장 신호로 전환되는 분자적·구조적 과정을 명확히 규명했다는 점에서 큰 의미를 지닌다.
강진영 교수는 "이번 연구를 통해 영양 신호가 세포의 성장 신호로 전환되는 과정을 구조적으로 확인했다"며 "앞으로 암세포에서 비정상적으로 활성화된 성장 신호를 더욱 선택적으로 차단할 수 있는 새로운 항암 표적 전략으로 이어지기를 기대한다"고 포부를 밝혔다.