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우리 몸의‘아미노산 스위치’를 찾다 !...서울대 글로벌프론티어 김성훈 단장, 셀(Cell) 게재
생명과학 교육과학기술부 (2012-03-20)

교육과학기술부(장관 이주호)는 ‘서울대 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단’(경기도 참여)의 김성훈 교수와 한정민 교수, 포항공대 류성호 교수 연구팀이 Leucyl-tRNA synthetase (이하 LRS)라는 효소가 단백질 합성을 조절하는 아미노산 스위치의 역할을 하고 있음을 세계 최초로 규명하였다고 밝혔다.

아미노산은 단백질을 구성하는 기본 요소로 근육형성, 혈당, 수명, 암, 신경질환 등 거의 모든 신체 대사와 질병 발생에 관련되어 있지만 아직까지 세포에서 아미노산의 농도 변화를 감지하는 메커니즘이 발견되지 않았었다.

최근 소위 “몸짱” 열풍으로 인해 각종 아미노산을 포함하는 다양한 기능성 식품들이 즐비하지만 이들이 어떻게 근육형성과 에너지 생성에 기여하는 지에 대한 지식은 매우 부족했다.

특히 류신(Leucine)이라는 아미노산은 근육 형성에 가장 중요한 역할을 하는데 세포 내에서 류신을 감지하는 센서의 존재가 과거 20여 년간 학계의 초미의 관심사였다.

김성훈 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 LRS가 류신을 감지하여 단백질 합성을 조절하는 스위치 기능을 한다는 것을 규명했다.

LRS의 발현을 억제하거나 류신 결합 부위를 돌연변이 시키면 류신이 존재해도 단백질 합성이 활성화 되지 않았으며,  LRS와 류신이 결합하면 구조가 변형되어 mTOR이라는 단백질 합성 조절 신호전달체계에 결합하여 단백질 합성을 활성화함을 증명했다.

김성훈 단장은 “단백질 합성 과정은 정상적일 경우 근육 형성 등 몸의 성장을 주관하지만 이번에 밝혀진 LRS와 같은 아미노산 스위치가 고장 났을 경우 암, 당뇨, 노화 등의 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다”며 “실제로 암 조직에서 LRS가 과발현되는 경우도 보고가 되고 있다”고 설명했다.

이어 “이러한 이유로 최근 단백질 합성 조절에 관여하는 여러가지 조절인자들을 중심으로 신약개발 연구가 활발히 이루어지고 있다”며 “LRS가 암, 당뇨, 수명조절 등의 신약개발에 새로운 타깃으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 강조했다.

연구 결과는 생명과학 분야 세계 최고 권위의 학술지인 ‘셀 (Cell)’ 3월 15일자 온라인판에 발표됐으며, 4월호에 정식 게재될 예정이다.


연 구 결 과 개 요

Leucyl-tRNA Synthetase Is an Intracellular Leucine Sensor for the mTORC1-Signaling Pathway

J.M. Han et al. (Cell - 2012. 3.15 온라인 게재, 4월호 게재 예정)

    20 여종의 아미노산 중 류신 (leucine)은 세포 내 단백질 합성을 증가시키는 능력이 있으며 특히 아미노산 음료나 고기류와 같은 음식에 포함된 류신이 근육세포에서 단백질합성을 촉진함으로써 근육생성에 중요한 영향을 미치는데 이 과정에 mTOR 신호전달 경로가 관련이 되어있다. 최근 연구 결과들로부터 mTOR 신호전달 경로는 암 생성 및 촉진, 당뇨, 노화와 같은 중요한 생리현상과 밀접한 연관성이 있다는 것이 밝혀졌다.
    연구팀은 세포 내 LRS 단백질이 세포 내 류신 농도를 감지하는 아미노산 스위치로 작용함으로써 mTOR 신호전달 경로를 활성화시키는 일련의 과정들을 상세히 밝혀냈다. 특히 세포 내 LRS 유전자를 특이적으로 억제하였을 때 스위치 기능의 저하로 인해 류신 농도 감지가 제대로 되지 않아 mTOR 신호전달 경로를 통한 생리 현상 조절이 제대로 되지 않았다.
    또한 mTOR 신호전달 경로는 암세포에서 비정상적으로 활성화되어 있어 암 치료제의 타겟으로 최근 각광받고 있는데 결국 아미노산의 많고 적음을 감지하는 LRS가 암을 포함하여 여러 질환에 관련되어 있는 mTOR 신호전달 경로와 연결되어 있음을 알 수 있었고 이는 대사-단백질합성조절-암이 연결이 되는 중요한 발견이다. 따라서 이러한 중요성이 인정되어 생명과학 분야 세계 최고의 권위를 자랑하는 Cell 지에 논문 게재가 수락이 되었다. 위 연구 결과는 암 치료제 개발에 있어서 신규 타겟을 발굴하는데 도움이 되고 이들 정보로부터 새로운 신약이 개발될 것이다.


□ 섭취한 아미노산이 세포내로 유입되면 LRS가 아미노산을 감지하여 단백질 합성과정을 활성화하는 신호전달시스템을 가동함. 따라서 LRS 스위치가 작동하지 않으면 섭취한 아미노산이 단백질합성으로 이어지지 못함. 

□ LRS를 포함하는 아미노산 신호전달체계가 고장이나 단백질합성과정에 이상이 오게되면 암, 당뇨, 노화 등의 난치 질환이 형성됨.



Journal Reference:
Leucyl-tRNA Synthetase Is an Intracellular Leucine Sensor for the mTORC1-Signaling Pathway
Jung Min Han, Seung Jae Jeong, Min Chul Park, Gyuyoup Kim, Nam Hoon Kwon, Hoi Kyoung Kim, Sang Hoon Ha, Sung Ho Ryu, Sunghoon Kim
Cell - 15 March 2012

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