[헬스코리아뉴스 / 임도이] 국내 연구팀이 미토콘드리아 손상에 의해 발생하는 질환에 대한 원천치료 가능성을 제시했다. 미토콘드리아-금 메타나노입자 복합체 형성을 통해 미토콘드리아의 기능강화, 손상된 미토콘드리아의 기능회복 효과를 밝혀낸 것이다.
가톨릭대 의과대학 의생명과학교실 조미라 교수와 서강대 강태욱 교수 공동연구팀은 미토콘드리아의 표면전하 및 막구조 특성에 착안해 물리적 특성이 제어된 금 메타나노입자(gold nanoparticle, GNP)와 복합체를 형성하여 세포수준에서 미토콘드리아의 기능 조절 효과 조사를 진행했다.
미토콘드리아는 세포의 신진대사, 증식 및 세포사멸을 조절하여 세포의 운명을 조절하는 세포내 중앙 소기관이다.
미토콘드리아는 일련의 단백질 복합체 I-IV 산화환원 반응을 통해 NADH를 이용하여 산소를 생성하게 되는데, 이 과정에서 전자를 전달하는 미토콘드리아 내막의 전자전달계(electron transport chain, ETC)가 중요한 역할을 한다. 전자전달계의 단백질 복합체는 종종 미토콘드리아 DNA 돌연변이 또는 활성산소(reactive oxygen species, ROS)로 인해 기능 장애가 발생하게 된다.
결과적으로 기능 장애가 있는 전자전달계 복합체를 통한 전자 흐름이 강하게 억제되어 양성자 구배, 산소 소비 및 ATP(생체 내의 에너지 대사에 관여하는 물질) 생산과 같은 전자전달계의 활성이 감소하게 된다. 이러한 미토콘드리아의 기능 장애는 염증, 신경변성, 심혈관 질환을 포함하는 다양한 미토콘드리아 질환과 밀접한 관련이 있다.
정상적인 전자전달계에서도 이동되는 전자의 약 2%가 주변 분자 산소와 반응하여 전자전달계의 단백질 복합체에 산화적 손상을 일으키는 활성산소를 생성하는 것으로 알려져 있다.
손상된 전자전달계의 기능을 회복 시기키 위해 이데베논(idebenone), 메틸렌 블루(methylene blue)와 같은 물질들이 사용되고 있지만 세포 독성이 발생하는 등 그 기능이 제한되어 있다.
연구팀은 금 메타나노입자가 미토콘드리아의 내부 막에 선택적으로 결합하여, 전자전달계를 대체함으로써 미토콘드리아 전자전달계 활성을 증가시킴으로써 효율적인 전자 전달 매개체로 활용될 수 있음을 밝혀냈다.
광학현미경을 통해 금 메타나노입자가 미토콘드리아에 결합하여 복합체가 형성되는 것을 실시간으로 확인하였고, 전자전달계에 근접하여 위치한다는 사실을 추가로 밝혀냈다. 건강한 마우스 비장세포에서 미토콘드리아-금 나노입자 복합체 이식은 미토콘드리아 단독 이식의 경우와 비교하였을 때, 미토콘드리아의 막전위가 증가하는 것을 확인하였으며, 산소 소비(oxygen consumption rate, OCR)가 증가하는 것도 확인했다.
연구팀은 또 미토콘드리아의 중요 기능 중 하나인 ATP 생산이 미토콘드리아-금 나노입자 복합체 이식에 의해 증가된다는 사실을 규명했다. 연구팀은 나아가 손상된 마우스 비장세포에 미토콘드리아-금 나노입자 복합체를 이식하게 되면 미토콘드리아 단독 이식 때와 비교하여 손상되었던 미토콘드리아의 기능(막 전위)이 회복되는 것을 확인했다.
연구팀 관계자는 헬스코리아뉴스에 “이번 연구에서 미토콘드리아-금 메타나노입자 복합체의 이식이 미토콘드리아 단독 이식과 비교하였을 때 건강한 세포의 미토콘드리아 기능을 더욱더 강화시켜 주는 것은 물론, 손상된 세포에서 기능이 저하된 미토콘드리아의 기능을 회복시켜줄 수 있음을 확인한 것”이라고 말했다.
이번 연구결과는 ‘강화된 미토콘드리아 전자전달계 활성을 통한 효율적인 전자 전달 매개체로서의 내부 막 결합 금 나노입자(Inner-Membrane-bound Gold Nanoparticles as Efficient Electron Transfer Mediators for Enhanced Mitochondrial Transport Chain Activity)’라는 제목으로 최근 국제학술지 ‘Nano Letters(IF:12.262)’에 게재됐다.
