순천향대(총장 송병국) 순천향의생명연구원(SIMS) 황용성 교수 연구팀은 순천향대 박사후연구원 정지훈 연구자, 순천향대 부천병원 차한규 교수, 단국대 김해원 교수, 순천향대 조계원 교수 연구팀과 공동으로 세포 표면공학 기술 기반 *티올(–SH) 엔지니어링을 통해 세포가 기질과의 부착이 강해지며, 외부 기계적 신호를 내부(세포골격 및 핵)까지 전달을 증가시키며, 그 결과 지방세포 분화가 억제되는 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

 *티올(–SH): 황 원자를 포함하는 화합물의 일종으로, 세포 표면에서 중요한 화학적 기능을 담당함. 

세포 표면과 기질 간 상호작용을 통해 전달되는 기계적 신호는 세포골격 재편성과 핵 기계적 특성을 조절함으로써 세포 운명 결정에 중요한 영향을 미친다. 그러나 기존 연구들은 주로 기질 강성 조절이나 유전자 조작에 의존해 왔으며, 세포 표면 이황화결합(disulfide bond) 자체를 표적으로 한 조절 전략은 제한적이었다. 세포는 주변 기질과 결합하는 과정에서 인테그린과 초점부착 복합체를 통해 외부 신호를 감지하고, FAK(focal adhesion kinase)–RhoA/ROCK 등의 경로를 통해 세포골격을 재편하며 분화를 조절한다. 황용성 교수 연구팀은 이 과정의 출발점에 해당하는 세포 표면 단백질의 이황화결합(disulfide bond)에 주목했다. 본 연구에서는 환원제인 *트리스(2-카르복시에틸)포스핀(TCEP)을 이용해 세포 표면 단백질의 티올(–SH)을 증가시키고, 이를 통해 인테그린 매개 세포-기질 부착과 기계신호 전달을 강화하는 효과를 체계적으로 분석하였다.

*트리스(2-카르복시에틸)포스핀: TCEP(Tris(2-carboxyethyl)phosphine)

그 결과, TCEP 처리된 세포에서는 인테그린 α5β1–FAK 신호전달 경로가 활성화되면서 세포 확장, 세포골격 재편성, 초점부착 형성이 유의하게 증가하였다. 특히, 세포 견인력 현미경과 세포내인장력 분석을 통해 분석한 결과, 세포가 기질에 가하는 힘과 세포 내부 인장력이 증가하며, 기계적 힘이 세포골격을 따라 핵에 가해지는 인장력까지 증가함을 확인하였다. 이와 함께, 라민 A/C 기반 핵 외막 분석 결과, TCEP 처리군에서는 핵 면적과 신장도가 증가하고 핵 주름이 감소하여, 핵에 가해지는 기계적 장력이 강화된 상태로 유지됨이 관찰되었다. 이러한 핵 기계적 변화는 세포골격-핵 연결 복합체를 통한 힘 전달이 강화되었음을 시사한다. 이와 같은 세포-기질 부착 강화, 세포골격 장력 증가, 핵 기계적 안정화는 지방세포 분화 과정에서 요구되는 세포 형태 변화와 세포골격 이완을 억제함으로써, 결과적으로 지방분화 관련 유전자 발현 및 지방 축적을 효과적으로 차단하는 데 기여하였다.

이번 연구성과는 최근 ‘세포 표면 화학의 환원 조절을 통한 세포외–세포내 기계력 전달 및 신호 증폭 메커니즘 규명(Modulating cell surface chemistry through mild reduction reinforces extracellular-to-intracellular transmission forces and mechano-signaling)’라는 제목으로 국제학술지 Materials today bio(Impact Factor: 10.2, Engineering, Biomedical 분야 상위 6.9%, 2025 JCR 기준) 2026년 2월호에 게재되었으며, 생물학연구정보센터(BRIC)의 한국을 빛내는 사람들(한빛사)에 선정되는 등 우수한 연구 성과를 인정받았다.

교신저자인 황용성 교수는 “이번 연구는 세포 표면 화학의 미세 조절만으로 기계신호 전달과 세포 운명을 조절할 수 있음을 정량적으로 보여준 사례”라며, “유전자 조작 없이 세포의 기계적 상태와 분화 방향을 제어할 수 있는 새로운 플랫폼 기술 지방조직 질환 연구, 섬유화질환 모델링, 조직공학 및 세포치료제 개발 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 본 연구는 지역혁신선도연구센터, 해외우수과학자유치사업 등의 지원을 받아 수행되었다.