< 생명과학과 이흥규교수(좌)_김채원박사(중간)_김현진 박사(우) >
짠 음식을 자주 섭취하는 식습관이 건강에 해롭다는 것은 널리 알려진 사실이다. 그런데 최근 KAIST 연구진은 짠 음식이 뇌종양까지 악화시킬 수 있다는 사실을 세계 최초로, “왜 나빠지는지", "무엇이 그 과정을 유도하는지", "어떤 유전자가, 어떤 단백질이 작용하는지"까지 분자적 인과관계를 입증해 주목받고 있다.
우리 대학 생명과학과 이흥규 교수 연구팀이 고염식이 장내 미생물 구성을 변화시키고, 이로 인해 증식이 증대된 미생물에 의해 분비되는 대사물질인‘프로피오네이트(propionate)‘가 장내에 과도하게 축적되어 뇌종양을 악화시킨다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 뇌종양 마우스 모델을 이용한 실험에서 이 같은 사실을 입증했다. 마우스에게 4주간 짠 사료를 섭취하게 한 뒤 종양세포를 주입하자 일반식이 그룹에 비해 생존율이 크게 낮아지고 종양 크기가 증가하는 것을 확인했다. 이어 항생제로 장내 미생물을 제거하거나, 무균 마우스에 분변(고염사료 섭취한 사람의 대변에 해당되는 마우스 분변 샘플) 미생물을 이식하는 실험에서도 유사한 뇌종양 악화 반응이 관찰되었다. 이는 장내 미생물 변화가 뇌종양 악화의 핵심 요인임을 보여주는 증거이다.
특히, 연구팀은 장내 미생물 중 박테로이드 불가투스(Bacteroides vulgatus)라는 균이 고염식이에 따라 증가하고, 이 균이 프로피오네이트(propionate)라는 효소(Pccb)의 발현을 높인다는 사실을 발견했다.
그 결과, 장내에서 프로피오네이트 농도가 비정상적으로 상승했으며, 이 물질은 뇌종양 세포에서 산소가 충분한데도 마치 부족한 것처럼 ‘저산소유도인자-1알파(HIF-1α)’를 활성화시켰다. 이는 다시 ‘형질전환성장인자-베타(TGF-β)’를 증가시켜 제1형 콜라겐(COL1A1)을 과하게 만들게 하여 종양 세포가 더 쉽게 퍼지고 악성도를 높이게 하였다.
< 고염식이–장내미생물–프로피오네이트 축이 교모세포종 진행을 유도하는 기전 연구. 고염식이 유도 장내미생물 변화에 따른 프로피오네이트 축적은 교모세포종의 침습성을 증가시킨다. 해당 대사산물은 종양세포에서 저산소유도인자-1알파(HIF-1α) 발현을 증가시키고, 이는 형질전환성장인자-베타(TGF-β1)의 생성을 유도한다. TGF-β1 신호의 활성화는 종양세포의 침습성과 함께 제1형 콜라겐(COL1A1) 발현을 증가시켜 종양의 경계 침윤을 촉진한다. 이 과정은 저산소 반응, TGF-β 신호, 세포부착 신호 간의 상호작용을 통해 이루어지며, 종양 진행을 가속화한다. >
이러한 분자적 기전은 실제 뇌종양 중 가장 악성도가 높은 교모세포종(Glioblastoma) 환자의 암세포 데이터 분석을 통해서 임상 적용 가능성을 제시하였다. 마우스와 인간 종양세포에서 공통적으로 발현된 관련 유전자들로 인해 환자의 생존율이 낮아짐을 보여주었다.
이흥규 교수는 “이번 연구는 짠 음식 섭취가 장내 미생물 생태계를 변화시키고, 그 결과 생성된 대사산물이 뇌종양을 악화시킬 수 있음을 세계 최초로 분자 수준에서 규명한 것”이라며, “향후 뇌종양 환자를 대상으로 한 식이 조절 연구와 장내 미생물 기반 치료 전략 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
공동 제1 저자로는 KAIST 김채원 박사(현. 미국 하버드 의과대학 부속 보스턴 어린이병원 박사후연구원)와 김현진 박사(KAIST 생명과학연구소 박사후연구원)가 참여했으며, 연구 결과는 생의학 분야 권위 학술지인 저널 어브 익스페리멘탈 메디슨(Journal of Experimental Medicine)에 5월 22일 자에 게재됐다.
논문 : Gut dysbiosis from high-salt diet promotes glioma via propionate-mediated TGF-β activation https://doi.org/10.1084/jem.20241135
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구사업 및 바이오의료기술개발사업의 일환으로 수행됐다.
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행사 화학과 이효철 교수, 제34회 삼양그룹 수당상 수상
우리 대학 화학과 이효철 교수가 제34회 삼양그룹 수당상 기초과학 부분 수상자로 선정됐다. 이효철 교수는 지난 20년간 분자 구조동역학 연구에 집중하며 화학 반응중 분자의 구조 변화를 실시간으로 관측하는데 큰 성과를 거두었다. 특히 다양한 분자의 구조동역학을 분석하기 위해 새로운 실험 기법과 분석법을 도입함으로써 기존 연구의 한계를 극복하고 학문 발전에 크게 기여했다. 이 교수는 분자들의 화학 반응 과정을 밝히기 위해 엑스선 회절 방식을 활용해 용액 속 분자의 빠른 구조 변화를 관측하는데 성공하여 2005년‘사이언스'에 발표하며 엑스선 구조동역학 분야를 개척했다. 이후 2015년에는 화학결합 형성 과정을, 2020년에는 화학반응 중 분자 내 모든원자들의 시간-공간적 궤적으로 측정한 연구를 '네이처'에 발표했다. 한편, 삼양그룹이 주관하는 수당상은 기초과학 및 응용과학 분야에서 탁월한 연구 업적을 이룬 연구자 2인을 선정해 상패와 상금 2억원을 수여한다. 시
2025-05-07 -
연구 세계 최초 플라빈 빛 파장 설계 성공, 의료·환경 혁신
플라빈은 우리 몸 등 생명체 내의 에너지 생산과 생화학 반응에 관여하는 중요한 조효소이자 특정 색의 빛을 방출하는 형광 분자다. 하지만 자연계의 플라빈은 대부분 파란색에서 초록색 영역까지 짧은 파장의 빛을 낼 수 있어, 그보다 긴 파장인 적외선 영역까지는 확장되기 어렵다. KAIST 연구진이 기존 한계를 극복하고 플라빈이 내뿜는 형광 파장을 근적외선까지 확장하여 의료·환경·에너지 분야의 새로운 가능성을 제시했다. 우리 대학 화학과 백윤정 교수 연구팀은 근적외선 파장에서 발광이 가능한 5개의 고리 구조를 가진 새로운 오환형 플라빈 분자를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 백윤정 교수 연구팀은 전통적으로 세 개의 고리를 갖는 플라빈 구조에서 플라빈의 핵심 구조를 5개의 고리로 확장하고, 여기에 산소 및 황 등 이종 원자를 정교하게 도입함으로써 분자의 전자 구조를 정밀하게 조절하는 새로운 합성 전략을 제시했다. 특히 이번에 개발된 분자는 적외선에 가까
2025-04-23 -
연구 교모세포종 암의 씨앗‘전암 세포’첫 규명·정조준했다
교모세포종(Glioblastoma)은 가장 공격적이고 예후가 나쁜 대표적 악성 뇌종양으로, 광범위한 뇌 절제술을 포함한 표준 치료 후에도 1년 이내 대부분 재발하며 생존률이 매우 낮은 치명적인 질환이다. KAIST 연구진이 교모세포종에 암세포로 발전하는 가능성을 가진 전암세포가 있다는 것을 최초로 밝혔다. 우리 대학 의과학대학원 이정호 교수 연구팀은 세계 최초로 교모세포종의 진화와 재발 및 치료 저항성의 근원이 되는 ‘전암세포(Precancerous cell)’를 규명했다. 이정호 교수 연구팀은 2018년 교모세포종이 뇌 깊은 곳에 있는 돌연변이 줄기세포로부터 시작된다는 것을 최초로 밝혀내며 ‘네이쳐(Nature)’지에 게재한 바 있다. 이번 연구에서는 암의 씨앗과 같은 ‘전암 세포’가 어디서 유래하는지, 즉, 돌연변이 기원 세포가 어떻게 분화되는지를 규명하였고 이 전암 세포가 종양 내 세부 유형의 암세포들을
2025-04-21 -
연구 KAIST, 조선시대 ‘일월오봉도’ 색소없이 완벽 구현하다
일반적으로 색깔을 표현하기 위해서는 가시광선 내의 특정 파장의 빛을 흡수하는 화학 색소가 필요하다. 그런데 우리 연구진이 화학 색소를 사용하지 않아 친환경적이며, 변색이나 퇴색 없이 컬러 그래픽을 영구 보존할 수 있는 초정밀 컬러 그래픽으로 조선시대 ‘일월오봉도’를 구현하는데 성공했다. 우리 대학 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 반구 형태의 미세구조를 이용해 화학 색소를 전혀 사용하지 않고 고해상도의 컬러 그래픽을 구현하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 영롱한 파란색을 띄는 몰포 나비나 피부색을 바꾸는 팬서 카멜레온은 화학 색소 없이도 발색하는데, 이는 물질을 이루는 규칙적인 나노구조가 빛의 간섭 현상을 통해 가시광선의 빛을 반사해 나타나는 구조색이다. 구조색은 물질이 아니라 구조에 따라 색깔이 달라지기 때문에 한가지 소재로도 다양한 색깔을 나타낼 수 있다. 그러나 구조색 발색을 위한 규칙적인 나노구조는 인공적으로 구현하기 위한 기술적 난이
2025-02-26 -
연구 선천성면역을 조절하는 인공단백질 디자인, 차세대 백신·면역 치료제 개발 가능성 제시
우리 대학 생명과학과 김호민 교수 연구팀과 국제 공동연구팀인 미국 워싱턴대학교 단백질디자인 연구소 (Institute for Protein Design, IPD) 닐 킹 교수 (Prof. Neil King) 연구팀은 컴퓨터기반 단백질디자인 기술을 활용하여 선천성면역을 활성화시키는 새로운 인공단백질을 디자인하고, 그들의 3차원 분자구조를 규명하는데 성공했다고 10일 밝혔다. 김호민 교수 연구팀과 Neil King 교수 연구팀은 컴퓨터 기반 단백질디자인 기술을 활용하여 선천성면역 수용체인 TLR3와 높은 친화도를 갖는 인공단백질을 개발했다. 또한, 초저온 투과전자현미경 (Cryo-EM) 분석을 통해 설계된 인공단백질이 TLR3와 결합하는 분자결합모드를 규명하였다. 특히, 자연계의 TLR3 작용제(dsRNA)와는 전혀 다른 구조를 가진 디자인된 인공단백질에 의해 선천성면역 수용체 TLR3을 효과적으로 활성화시킬 수 있음을 보인 첫 사례이다. 생명과학과 김호민 교수가 교신저자로 참
2025-02-10