정량연구 기법·동물모델 성과, 세계적 학술지 ‘파셉 저널 (FASEB Journal)’에 논문 게재
“세계 여러 실험실에서 실패했던 ‘초파리 모델’ 수립 성공, 질병 치료방법 개발에 도움”

동아대학교(총장 한석정)는 의과대학 말초신경병증센터(MRC) 소속 고형종·윤진호 교수 공동연구팀이 파킨슨병 등 다양한 인체질환 원인으로 지목되고 있는 생체조직의 ‘미토파지 활성변화’ 연구를 위한 ‘초파리 모델’ 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

   김영연 동아대 연구교수가 제1저자로, 고 교수와 윤 교수가 공동 교신저자로 등록된 ‘Assessment of mitophagy in mt-Keima Drosophila revealed an essential role of the PINK1-Parkin pathway in mitophagy induction in vivo(미토케이마 초파리 모델을 활용한 미토파지 분석이 생체 미토파지 활성화에서 PINK1-Parkin 경로의 필수역할 증명)’이란 제목의 논문은 최근 미국실험생물학학회(Federation of American Societies for Experimental Biology)에서 발행하는 ‘파셉 저널(FASEB Journal, 생물학 분야 상위 10% 저널) 인터넷 판에 발표됐다.

   ‘미토파지(mitophagy)’는 손상됐거나 수명이 다한 미토콘드리아를 선택적으로 분해하는 세포작용을 말하는 것으로, 미토콘드리아 기능 유지에 핵심 역할을 한다고 알려져 있다. 또한 미토파지 활성이 저하되면 퇴행성 신경질환인 파킨슨병을 일으킬 수 있다는 것이 밝혀지며 많은 관심이 집중되고 있으나, 생체 내 미토파지를 손쉽게 정량할 수 있는 연구기법과 동물모델이 개발되지 않아 연구의 걸림돌이 돼 왔다.

   이번 연구 이전에도 윤 교수는 산호에서 유래한 형광단백질인 ‘미토케이마’를 이용, 미토파지 활성을 정량할 수 있는 기법을 개발했으며, 미토케이마를 발현하는 형질전환 마우스를 제작해 세계 최초 ‘생체조직의 미토파지 활성’ 연구 결과를 지난 2015년 ‘Molecular Cell’지에 대표논문으로 발표한 바 있다.

   고형종·윤진호 교수 공동연구팀은 이번 연구에서 ‘미토케이마를 발현하는 초파리 모델’을 제작, 이를 활용해 다양한 조직에서 미토파지 활성의 차이를 측정하고(그림1), 분화와 발생 과정에서 미토파지 활성이 매우 민감하게 변화한다는 것을 발견했다.(그림2)

   뿐만 아니라, 동물세포의 미토파지 조절에 중요하다고 알려진 ‘TORC1’ 신호 경로가 초파리 조직 미토파지 활성에도 중요하며, 그동안 주로 세포 수준에서 확인됐던 스트레스성 미토파지에서의 ‘PINK1-Parkin’(파킨슨병의 핵심 원인유전자) 경로의 중요성을 실제 생체조직에서 최초로 입증하는 성과를 얻었다.(그림 3)

   ‘TORC1’ 및 ‘PINK1-Parkin’ 경로 등 인체 미토파지에 중요하다고 알려진 신호 경로가 초파리에서도 잘 보존돼 있음을 입증하는 성과를 거둔 이번 연구는 현재 진행 중인 ‘초파리 모델을 이용한 미토파지 조절 유전자 발굴’에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 초파리는 생물학 분야에서 가장 많이 사용되는 동물모델의 하나로, 인체질병과 관련된 주요 유전자들이 잘 보존돼 있고 과발현 및 결손초파리 라인들이 수립돼 있어 유전자 기능 연구에 뛰어난 장점을 가진 동물모델로 알려져 있다.

   고형종·윤진호 교수는 “‘미토케이마 초파리’는 미토파지 연구와 미토콘드리아 기능 이상 질환 연구에 매우 유용하게 사용될 수 있는 연구모델”이라며 “세계의 여러 실험실에서 제작을 시도했으나 실패했던 초파리 모델 수립에 성공함으로써 연구자들에게 도움이 될 수 있어 기쁘다”고 말했다. 또 “이번 연구를 바탕으로 미토파지 조절을 통한 새로운 질병 치료방법 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

   한편 고형종·윤진호 교수 연구팀은 지난 2016년부터 동아대 말초신경병증 연구센터(MRC)에 참여하고 있다. 초파리 모델을 활용, 퇴행성 신경질환에서 미토파지의 역할 규명 및 주요 유전자 발굴을 위한 후속연구에 매진하고 있으며, 현재까지 유용한 치료제가 없는 말초신경병증 질환들의 원인규명 및 치료제 개발을 위한 연구를 진행 중이다.