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백혈병 항암제 ‘두 얼굴의 단백질’ 규명..내성 극복 실마리
항암제가 암세포를 죽이는 진짜 이유가 밝혀졌다. 한국연구진은 표적항암제가 단순히 암 단백질을 막는 것이 아니라, 세포 내부의 ‘단백질 공장’을 멈춰 세우고 스스로 죽게 만든다는 사실을 규명했다. 이 ‘자멸 과정’을 더 강하게 유도하면 약이 잘 듣지 않던 암세포도 다시 죽일 수 있어, 이 과정에서 핵심 역할을 하는 ‘두 얼굴의 단백질’이 약물 내성 환자 치료의 돌파구로 주목된다.
우리 대학은 생명과학과 임정훈 교수, 의정부을지대학교병원(원장 송현)혈액암센터 김동욱 교수, UNIST(총장 박종래) 김홍태 교수 공동연구팀이 만성골수성백혈병 항암제의 반응을 조절하는 새로운 분자 기전을 규명했다고 23일 밝혔다.
만성골수성백혈병은 조혈모세포에 유전적 이상이 생겨 ‘BCR::ABL1’이라는 비정상 단백질이 만들어지면서 발생한다. 이 단백질은 세포에 지속적인 성장 신호를 보내 암세포를 계속 증식시키는 주요 원인으로 알려져 있다. 이를 억제하는 표적항암제가 현재 표준 치료로 사용되고 있지만, 일부 환자에서는 약물 내성이 발생하거나 치료 반응이 낮은 한계가 있었다.
연구팀은 항암제가 세포 내 단백질 생산 과정에 미치는 영향에 주목했다. 그 결과, 항암제가 투입되면 단백질을 만드는 리보솜(Ribosome)의 흐름이 꼬이면서 서로 부딪히는 ‘리보솜 충돌’이 발생한다는 사실을 확인했다. 이 과정에서 세포 내부에 강한 스트레스가 유발되고, 결국 암세포가 스스로 죽음에 이르게 된다.
특히, 연구팀은 리보솜 충돌을 감지하는 핵심 센서로 ZAK 단백질을 지목했고 ZAK 단백질이 상황에 따라 ‘두 얼굴’을 가지고 있다는 점을 발견했다. 평소에는 AKT 신호*와 결합해 암세포가 잘 자라도록 돕는 조력자 역할을 하지만, 표적 항암제 치료가 시작되면 리보솜 충돌을 감시해 암세포 사멸을 이끄는 감시자로 돌변한다. 똑같은 단백질이 암의 진행 과정과 치료 과정에서 정반대의 역할을 수행할 수 있음을 세계 최초로 입증한 것이다.
*세포의 생존, 성장, 증식, 대사 및 이동을 조절하는 핵심 세포 내 신호 전달 경로
연구팀은 실제 백혈병 환자 유래 암세포를 분석해 이 기전을 검증했다. 리보솜 충돌을 증가시키는 약물을 함께 사용할 경우 항암 효과가 크게 향상됐으며, 반대로 ZAK 기능이 저하된 경우에는 항암제 반응성이 떨어지는 것으로 나타났다.
즉 이번 연구에 따르면 내성환자들은 ZAK 기능 저하 또는 리보솜 스트레스 반응 부족으로 예측된다. 이는 환자별 ZAK 활성 상태를 기반으로 치료 반응을 예측하고, 맞춤형 병용 치료 전략을 설계할 수 있음을 시사한다.
이번 연구는 만성골수성백혈병 치료에서 리보솜 스트레스 신호 경로의 중요성을 제시한 성과로, 향후 표적항암제의 효과를 높이고 새로운 병용 치료 전략 개발로 이어질 것으로 기대된다. 특히 약물 내성으로 치료에 어려움을 겪는 환자들에게 새로운 가능성을 제시할 전망이다.
임정훈 교수는 “이번 연구는 세포가 비정상적인 단백질 합성을 감지하고 이를 죽음의 신호로 전환하는 과정이 치료에 얼마나 중요한지를 보여준다”고 말했다. 제1 저자인 박주민 박사는 “리보솜 충돌이 암세포 사멸을 결정하는 핵심 스위치임을 확인한 만큼, 다양한 암종으로 연구를 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
KAIST 박주민 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 혈액학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ‘루케미아(Leukemia)’에 3월 30일 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : BCR::ABL1 tyrosine kinase inhibitors induce ribosome collisions to activate ZAK-dependent ribotoxic stress and apoptosis in chronic myeloid leukemia, DOI: https://doi.org/10.1038/s41375-026-02916-3
한편, 이번 연구는 서경배과학재단, 한국연구재단 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, KAIST 정착과제의 지원을 받아 수행됐다.
2026.04.23 조회수 1260 -
RNA 조절로 노화 속도 제어..장수 유도 비밀 밝혀
노화가 진행되면 세포 내 DNA 및 단백질 품질이 저하되며, 이는 다양한 퇴행성 질환의 원인이 된다고 알려져 있다. 하지만 RNA 수준에서 노화와의 연관성은 명확히 규명되지 않은 상태였다. 한국 연구진이 RNA 품질 관리에 관여하며 비정상적인 mRNA의 제거에 필수적인 리보솜 품질 관리 인자인 ‘PELOTA(펠로타) 단백질’이 노화를 늦추고 장수를 유도하는 핵심 조절자임을 밝혀냈다. 이 연구는 향후 인간 노화와 퇴행성 뇌 질환에 대한 치료 전략에 새로운 전환점을 제공할 것으로 기대된다.
우리 대학 생명과학과 이승재 교수팀(RNA 매개 건강 장수 연구센터)이 연세대(총장 윤동섭) 서진수 교수팀, 국가과학기술연구회(NST 이사장 김영식) 산하 한국생명공학연구원(KRIBB, 원장 권석윤) 이광표 박사팀과 공동연구를 통해, 리보솜 품질 관리에 중요한 ‘PELOTA*’단백질이 노화의 속도를 조절함을 발견했다고 18일 밝혔다.
*PELOTA: mRNA가 리보솜에서 단백질로 번역되는 과정에서 발생하는 에러를 감지하고 해결해 세포의 번역 항상성의 유지에 핵심 기능을 수행
그동안 RNA, 특히 mRNA는 단백질 합성을 위한 중간 산물에 불과하다는 인식이 강했다. DNA에 비해 불안정하고 수명이 짧아 정량적 분석이나 장기적 추적 연구가 어려웠기 때문이다. 이러한 한계로 인해 RNA 자체의 생리적·기능적 역할에 대한 연구는 상대적으로 부족했다.
연구팀은 먼저 수명이 짧아 노화 연구에 널리 사용되는 예쁜꼬마선충을 활용해, 리보솜 품질 관리 인자 PELOTA가 장수에 필수적임을 발견했다. 특히, 정상 선충에서 PELOTA를 과발현했을 때는 수명이 연장돼, 비정상적인 mRNA의 제거에 중요한 리보솜 기반 품질 관리가 장수 유도에 필요하다는 것을 보여줬다.
또한, 리보솜 품질 관리 시스템은 노화와 생체 내 에너지 대사 조절에 중요한 세포가 영양 상태나 성장 신호를 감지해 성장, 단백질 합성, 자가포식 등을 조절하는 경로인 ‘mTOR 신호 전달계’와 세포가 불필요하거나 손상된 성분을 스스로 분해하고 재활용하는 과정으로, 세포의 청소와 재활용 시스템인 ‘자가포식(autophagy) 경로’를 함께 조절한다는 사실을 밝혔다.
PELOTA가 결핍되면 mTOR가 비정상적으로 활성화되고 자가포식 기능이 억제되어 노화가 촉진되는 반면, PELOTA를 활성화하면 mTOR 억제 및 자가포식 유도를 통해 세포 항상성을 유지하며 수명을 연장할 수 있었다.
특히 주목할 점은 이 발견이 생쥐와 인간에게도 보존돼 있으며, PELOTA의 결손이 근육 노화 및 알츠하이머병을 유발할 수 있음을 시사하는 결과를 보여줬다.
따라서 이는 이번 PELOTA와 리보솜 기반 품질 관리에 관한 연구가 인간 노화와 퇴행성 뇌 질환에 대한 치료 전략 수립에도 이바지할 수 있음을 의미한다.
이번 연구를 주도한 우리 대학 생명과학과 이승재 교수는 “지금까지 DNA 및 단백질 수준에서의 품질 관리와 노화의 연관성은 잘 알려져 있었지만, RNA 수준의 품질 관리 시스템이 수명 조절에 기능적으로 관여한다는 분자적 증거는 매우 드물었다”라며, “이번 연구는 비정상적인 RNA 제거가 노화 조절 네트워크의 핵심축 중 하나임을 보여주는 강력한 근거를 제시한 것”이라고 전했다.
이번 연구는 생명과학과 이종선 박사, 김은지 박사와 KRIBB 이보라 박사, 연세대학교 이혜인 박사가 공동 제1 저자로 참여해 세계적인 과학학술지 ‘PNAS’에 지난 8월 4일 날짜로 게재됐다.
※논문명: Pelota-mediated ribosome-associated quality control counteracts aging and age-associated pathologies across species
※DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2505217122
한편, 이번 연구는 한국연구재단 리더연구과제의 지원을 받았다.
2025.08.18 조회수 4360 -
빛으로 RNA 이동과 단백질 합성 조절한다
빛으로 세포 내 특정 RNA 이동과 단백질 합성을 조절할 수 있는 기술이 개발됐다. 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 빛을 이용해 유전정보를 전달하는 전령RNA와 단백질을 생성하는 리보솜의 결합을 제어해 단백질 합성을 조절하는데 성공했다.
이번 연구성과는 네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology, IF 17.728)에 2월 18일 오전 1시(한국시간)자 온라인 판에 실렸으며, Nature Reviews Genetics에 하이라이트 논문으로 소개됐다.
DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 전달된다. 이때 중간에서 유전정보를 전달하는 RNA를 ‘전령RNA’라고 한다. 단백질 생성공장인 리보솜이 전령RNA의 유전정보를 읽어 단백질을 합성한다. 단백질 합성에 있어 전령RNA는 DNA 유전정보의 중간 전달자, 리보솜은 생성공장, 단백질은 완성품인 셈이다.
이전에는 화학물질을 처리해 전령RNA를 조절하는 방법으로 모든 전령RNA를 한꺼번에 조절하기 때문에 특정 종류의 전령RNA만을 세밀하게 조절하기 어려웠다. 이번 연구에서는 살아있는 세포에 청색광을 비춰줌으로써 세포 내 특정 전령RNA 이동 및 단백질 합성을 시공간 특이적으로 조절하는 mRNA-LARIAT 광유전학 기술을 개발했다.
연구팀은 이전 연구로 개발한 라리아트 올가미(LARIAT, Light-Activated Reversible Inhibition by Assembled Trap) 기술과 RNA 이미징 기술을 융합해 mRNA-LARIAT 기술을 개발했다. mRNA-LARIAT 광유전학 기술을 이용하면 빛의 유무에 따라 라리아트 올가미에 전령RNA를 가두거나 분리하고, 이를 실시간으로 관찰하는 것이 가능하다.
연구팀은 헬라 세포에 청색광을 비춰주면 라리아트 올가미에 전령RNA가 가둬지면서 리보솜과 격리되고 단백질 합성이 감소함을 관찰했다. 이어 청색광을 차단하면 라리아트 올가미로부터 전령RNA가 빠져나오면서 리보솜과 단백질 합성을 다시 시작함을 확인했다. 이는 mRNA-LARIAT 광유전학 기술로 빛의 유무에 따라 매우 빠르고 가역적으로 단백질 합성을 조절할 수 있음을 의미한다.
대부분 단백질은 전령RNA와 리보솜에 의해 합성된 후, 각 단백질이 작용하는 위치로 이동한다. 하지만 전령RNA가 라리아트 올가미에 가둬지면 전령RNA가 향후 단백질이 작용하는 위치까지 이동이 멈추고 단백질 합성이 차단된다. 전령RNA는 단백질보다 비교적 작은 분자로, 세포 내 이동이 더 효율적이고 빠르다. 이처럼 mRNA-LARIAT 광유전학 기술로 전령RNA 이동 및 단백질 합성을 빛으로 조절하면 살아있는 세포에서의 RNA의 위치 및 합성되는 신생 단백질의 기능을 효율적으로 연구할 수 있게 되었다.
연구팀은 베타액틴(β-actin) 단백질 합성에 관여하는 전령RNA에 mRNA-LARIAT 기술을 적용했다. 베타액틴 단백질 합성에 관여하는 전령RNA에 청색광을 비추니 세포 골격 구성 및 이동 기능이 제대로 이뤄지지 않음을 관찰했다. 또한 베타액틴 단백질 합성 효율이 최대 90%까지 감소됨을 확인했다.
허원도 교수는 “mRNA-LARIAT 광유전학 기술을 활용하면 암세포, 신경세포 등 다양한 세포 내 전령RNA 이동 및 단백질 합성을 빛으로 조절할 수 있다”라며 “앞으로 암세포 전이, 신경질환 등 전령 RNA 관련 질병 연구에 응용 가능할 것이다”라고 말했다.
2020.02.21 조회수 24785