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생명공학과 권호정 교수팀, 암세포만 선택적으로 죽이는 원리 밝혔다

생명공학과 권호정 교수팀, 암세포만 선택적으로 죽이는 원리 밝혔다. -VCP 억제제 처리 시 정상 혈관세포는 자가포식으로 생존, 암세포는 칼슘 항상성 붕괴로 사멸 [사진. (왼쪽부터) 생명공학과 고유빈 박사과정생, 권호정 교수] 생명공학과 권호정 교수 연구팀이 항암 후보물질로 주목받고 있는 VCP 억제제가 암세포는 선택적으로 사멸시키면서도 정상 혈관세포는 보존하는 원리를 규명했다. 연구팀은 세포 내 소기관 간 접촉 구조와 칼슘 조절 방식의 차이가 암세포와 정상세포의 운명을 가른다는 사실을 밝혀냈다. 암세포는 빠르게 증식하는 과정에서 많은 단백질을 만들어내기 때문에 정상세포보다 훨씬 큰 단백질 스트레스에 노출된다. 이러한 스트레스를 견디기 위해 암세포는 단백질 품질을 관리하는 단백질인 VCP(Valosin-Containing Protein)를 많이 사용한다. VCP는 손상되거나 불필요한 단백질을 제거해 세포의 단백질 항상성을 유지하는 역할을 하며, 암세포의 생존에도 중요한 역할을 한다. 이 때문에 VCP를 억제하면 암세포가 선택적으로 사멸할 수 있어 차세대 항암 치료 표적으로 주목받아 왔다. 그러나 그동안은 왜 VCP 억제제가 정상세포보다 암세포에 더 큰 영향을 미치는지 명확한 이유가 밝혀지지 않았다. 연구팀은 이번 연구에서 VCP 억제제를 처리했을 때 암세포와 정상 혈관세포가 전혀 다른 방식으로 반응한다는 사실을 발견했다. [그림. VCP 억제에 따른 소기관 접촉 부위 및 칼슘 매개 자가포식 조절 기전 모식도] 정상 혈관세포에서는 세포막, 소포체, 미토콘드리아 사이의 소기관 접촉 부위가 재구성되면서 세포질 내 칼슘 농도가 증가했다. 이에 따라 자가포식을 유도하는 AMPK와 TFEB 신호가 활성화됐고, 세포는 손상된 단백질을 제거하며 스트레스를 극복했다. 즉, 정상 혈관세포는 자가포식을 통해 스스로를 보호하고 생존할 수 있었다. 반면 대장암 세포에서는 같은 VCP 억제제를 처리해도 칼슘 항상성 유지에 실패했다. 칼슘이 세포질로 적절히 이동하지 못하고 미토콘드리아 내부에 과도하게 축적되면서 자가포식 기능이 제대로 작동하지 않았고, 결국 세포 사멸로 이어졌다. 연구팀은 이를 통해 단백질 항상성이 무너진 상황에서 소기관 접촉 부위의 재구성과 칼슘 분포 조절 능력이 세포 생존 여부를 결정하는 핵심 요인임을 확인했다. 특히 이번 연구는 VCP 억제제가 암세포의 성장을 억제하면서도 정상 혈관세포는 상대적으로 보존할 수 있는 생물학적 근거를 제시했다는 점에서 의미가 크다. 종양 주변 혈관이 과도하게 손상되면 저산소 환경이 형성돼 암의 악성화를 촉진하고 약물 전달도 방해할 수 있는데, 정상 혈관이 유지될 경우 향후 항암제 전달 효율 향상에도 도움이 될 수 있기 때문이다. 권호정 교수는 “이번 연구는 단백질 항상성 붕괴 과정에서 발생하는 소기관 접촉 부위의 변화가 세포 내 칼슘 분포와 자가포식 활성 여부를 결정하고, 결국 암세포와 정상세포의 서로 다른 운명을 만들어낸다는 사실을 규명한 것”이라며 “암세포 선택성을 갖는 새로운 항암 전략을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 자가포식 분야의 권위 있는 국제학술지 'Autophagy'(IF 14.3)에 5월 18일 온라인 게재됐으며, BRIC 한빛사에도 소개됐다. 연구는 한국연구재단 리더연구자 사업, 우리 대학교 ICONS 사업, YFL 사업, BK21 FOUR 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 고유빈 박사과정생이 제1저자, 고민정 박사, 강혜진 교수(생명공학과), Marius Ueffing 교수(독일 Tübingen 대학)이 공동저자로 참여했다. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2026.2677184

생명공학과 2026.06.05
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권호정 교수팀, 소기관 접촉부위를 표적으로 한 치료 펩타이드로 동맥경화 개선 가능성 제시

[사진. (왼쪽부터) 생명공학과 하정민 박사과정생, 권호정 교수] 생명공학과 권호정 교수 연구팀은 세포 내 소기관 접촉부위 중 하나인 미토콘드리아-소포체 접촉막(Mitochondria-Associated ER Membranes, 이하 MAM)을 표적으로 하는 치료용 펩타이드를 개발하고, 이를 통해 자가포식 기능을 회복시켜 동맥경화를 유의하게 완화할 수 있음을 규명했다. 세포 내에서 미토콘드리아와 소포체는 약 10~30nm 거리에서 맞닿아 있으며, 이러한 접촉부위(Membrane Contact Site, 이하 MCS)는 칼슘 이온, 지질, 에너지 대사 신호를 교환하는 핵심 조절 허브로 작동한다. 특히 MAM은 자가포식, 에너지 항상성, 세포 스트레스 반응을 통합적으로 조절하는 중요한 구조로 알려져 있다. 최근 연구에 따르면 지질 과부하나 산화 스트레스 환경에서는 MAM 구조가 비정상적으로 재편되며, 이는 대사질환과 심혈관질환의 주요 병인으로 작용한다. 그러나 이러한 소기관 접촉 구조를 가역적이고 선택적으로 조절할 수 있는 치료 전략은 거의 개발되지 않은 상황이었다. [그림. 세포투과성 MAM-표적 펩타이드에 의한 죽상동맥경화 완화 기전 모식도] 연구팀은 이번 연구에서 MAM의 핵심 단백질 복합체인 IP3R–GRP75–VDAC1 축에 주목했다. 구조 분석을 바탕으로 단백질 간 상호작용을 선택적으로 방해할 수 있는 세포투과성 펩타이드(Peptide 4)를 설계했다. 이 펩타이드는 샤페론 단백질인 GRP75에 직접 결합해 IP3R–GRP75 상호작용을 차단함으로써, 소포체에서 미토콘드리아로 전달되는 칼슘 흐름을 정밀하게 완화했다. 그 결과 세포 내 ATP 수준이 미세하게 조절되고, 에너지 항상성 조절 경로인 AMPK–TFEB 축이 활성화되며, 기능적으로 손상됐던 자가포식 흐름이 회복되는 것이 확인됐다. 이러한 효과는 산화 LDL(oxLDL)로 유도된 지질 스트레스 환경에서도 안정적으로 유지됐다. 특히 연구팀은 MAM 구조의 정상화 정도가 자가포식 회복 및 세포 내 지질 제거와 밀접하게 연관돼 있음을 규명했다. 이는 MAM 구조 자체가 약물의 작용 여부를 시각적으로 확인할 수 있는 약력학적 지표(Pharmacodynamic marker)로 활용될 수 있음을 시사한다. 이번 연구는 최근 연구팀이 약리학 분야 권위지 Trends in Pharmacological Sciences에 발표한 ‘Stabilizer–Destabilizer’ 약물 프레임워크 개념을 실제 생체 모델에서 검증한 첫 사례라는 점에서도 의미가 크다. 해당 프레임워크는 소기관 접촉을 강화하거나(Stabilizer), 과도한 접촉을 완화하는(Destabilizer) 이중적 조절 전략을 제시한 바 있다. 이번 연구에서 개발한 MAM 표적 펩타이드는 과도하게 강화된 MAM 접촉을 선택적으로 완화하는 ‘Destabilizer’ 개념을 실험적으로 구현한 사례로, 이론적 약물 설계 개념이 실제 질환 모델에서 치료 효과로 이어질 수 있음을 입증했다. 실제로 동맥경화 동물모델인 ApoE knockout mouse에 해당 펩타이드를 전신 투여한 결과, 혈중 지질 수치가 개선되고 대동맥 플라크가 감소했으며, 심장 내 지질 축적 완화와 손상된 MAM 구조의 정상화가 관찰됐다. 권호정 생명공학과 교수는 “이번 연구는 소기관 접촉부위를 단순한 세포 구조가 아닌 조절 가능한 치료 표적으로 제시했다는 점에서 중요한 의미가 있다”라며, “특히 TiPS 논문에서 제안한 Stabilizer–Destabilizer 약물 개념이 실제 MAM 표적 펩타이드를 통해 질환 모델에서 검증됐다는 점에서, 소기관 접촉 기반 약물 설계 전략의 실현 가능성을 보여준다”라고 밝혔다. 이번 연구는 바이오의학 분야의 권위 있는 국제학술지 ‘Theranostics’(IF 13.3)에 4월 16일 온라인 게재됐으며, BRIC ‘한빛사’ 논문으로도 소개됐다. 한국연구재단 리더연구자 사업, 우리 대학교 ICONS 사업, BK21 Four 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 하정민 박사과정생이 제1저자로, 고민정 박사와 임용범 교수가 공저자로 참여했다. 논문정보: https://www.thno.org/v16p6113.htm 중앙일보 관련기사: https://www.joongang.co.kr/article/25423905

생명공학과 2026.04.28
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정은지 교수팀, 성인 뇌 감각 정밀도 향상 원리 규명

[사진. 생명공학과 정은지 교수, 이동수 박사, 충남대 의과대학 한경아 교수, DGIST 뇌과학과 고재원 교수] 뇌 발달의 대부분은 생애 초기, 특히 어린 시절에 이뤄지고 이후에는 큰 변화 없이 유지된다는 것이 오랫동안 신경과학계의 정설로 여겨져 왔다. 이에 따라 감각 처리와 기본적인 인지 기능 역시 청소년기에 이르면 이미 성숙 단계에 도달해, 성인기와 큰 차이가 없을 것으로 받아들여져 왔다. 그러나 최근 이러한 통념을 뒤집는 연구 결과가 제시됐다. 성인기에 이르면서 뇌는 감각 회로를 다시 정교하게 재조정하며, 청소년기와 비교해 감각 정보 처리에서 현저한 수준의 정밀도 차이를 보인다는 사실이 밝혀졌다. 생명공학과 정은지 교수 연구팀(제1저자 이동수 박사)은 뇌 시상부의 시상망상핵(thalamic reticular nucleus, TRN)이 성인기에도 지속적으로 재구성된다는 원리를 규명했다. 이번 연구는 2026년 4월 1일 자 국제 학술지 「Neuron」 표지 논문으로 선정됐다. 시상망상핵은 감각 정보를 대뇌피질로 전달하기 전에 선별하는 ‘감각 검문소’ 역할을 하는 핵심 회로다. 기존에는 이 회로가 어린 시절 ‘결정적 시기(critical period)’를 지나면 안정화된다고 여겨졌으나, 연구팀은 청소년기 이후에도 지속적인 회로 재조정이 일어난다는 사실을 실험적으로 확인했다. 연구팀은 생쥐 모델을 활용해 청소년기와 성인기의 감각 회로를 비교 분석한 결과, 성인기에는 감각 회로가 재구성되면서 미세한 정보 차이까지 구별할 수 있는 정밀한 감각 처리 능력이 뚜렷하게 향상되는 것을 확인했다. 이는 단순한 경험 축적이 아니라, 불필요한 신호를 제거하고 유효한 정보만을 정교하게 추출하는 회로 수준의 능동적 재설계 과정임을 의미한다. [그림1. Neuron(Volume 114, Number 7) 표지] 연구팀이 제시한 표지 이미지는 이러한 차이를 직관적으로 보여준다. 청소년기의 뇌가 환경의 전반적인 형태와 주요 정보를 인지하는 수준에 머무른다면, 성인기의 뇌는 질감, 경계, 미세한 변화와 같은 세부 정보까지 선명하게 구별하는 높은 해상도의 정보 처리가 가능하다. 이러한 변화의 핵심 기전으로 연구팀은 두 가지 억제 시스템, 이른바 ‘dual GABA’ 메커니즘을 제시했다. 빠르고 강한 억제를 유도하는 synaptic GABA는 회로를 안정적으로 고정하는 역할을 하며, tonic GABA는 입력 신호를 미세하게 조정하는 역할을 수행한다. 성인기에는 synaptic GABA에 의한 강한 억제가 일부 완화되고, 대신 tonic GABA의 정밀 조정 기능이 강화되면서 감각 정보가 더욱 세밀하게 처리된다. 이러한 억제 조절 방식의 변화가 청소년기와 성인기 사이 감각 처리 능력의 격차를 만들어내는 핵심 요인으로 작용한다. [그림2. 유년기부터 성인기에 이르기까지 우리 뇌의 '감각 검문소'가 정교해지는 과정] 또한 연구팀은 이 같은 회로 재구성이 시냅스 접착 단백질 LRRTM3에 의해 조절된다는 사실을 DGIST 고재원 교수, 충남대학교 한경아 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 밝혀냈다. LRRTM3 기능이 저하된 경우, 성인기에도 회로 정교화가 충분히 이루어지지 않아 미세한 촉감 구별 능력이 크게 저하되는 것으로 나타났다. 이번 연구는 자폐 스펙트럼 장애, ADHD, 조현병 등 감각 처리 이상을 동반하는 신경정신질환을 회로 수준에서 이해할 수 있는 새로운 관점을 제시한다. 나아가 감각 기능 회복을 위한 신경 조절 기술 및 디지털 치료제 개발에도 중요한 기반이 될 것으로 기대된다. 정은지 교수는 “성인기에도 뇌는 멈추지 않고 스스로를 정밀하게 조율한다는 사실을 규명했다”며 “이번 연구가 감각 인지 질환 치료와 뇌 기반 기술 개발에 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업 및 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627325009766?via%3Dihub

생명공학과 2026.04.14