목차
Ⅰ. 주요 발표 내용
1. 24일 주요 내용
2. 25일 주요 내용
3. 26일 주요 내용
Ⅱ. 총평
이번 학회가 열린 SwissTech 컨벤선 센터의 정면.
Ⅰ. 주요 발표 내용
1. 24일 주요 내용
독특하게도 첫째 날은 연구자가 아닌 사람들을 위한 대중강연 형식으로 진행되었다. 가장 최신의 연구결과가 자세하게 발표된 것이 아니라 현재 과학의 상태에 대한 전반적인 발표들이 이어진 날이었다. 이번 학회의 총 담당자인 Auwerx 교수의 환영인사를 필두로 미시간 대학의 Thompson 교수가 발표한 대사와 생명윤리가 이어졌다. Thompson 교수는 인간과 자연의 윤리에 대한 고찰이 많이 이루어졌지만 이들이 너무 세분화되어 고려된 나머지 자연과 인간 사이의 관계에 대한 포괄적인 고려가 이루어지지 않았다고 비판했다. 이들을 연결시킨 유기적인 관점에서 바라보았을 때 올바른 생명윤리에 대한 접근이 가능하다고 설명하였다.
유럽의 학술저널 EMBO의 대표로 참석한 Lemberger 박사의 과학의 재현성과 투명성에 관한 발표가 이어졌다. Lemberger 박사는 논문의 양이 기하 급수적으로 증가하고 있으나 이들의 재현성에 대한 의구심 역시 날로 증가하고 있으며 이러한 병에 대한 잘못된 결론을 이끌어 낼 수 있다고 지적했다. 한 예로 유아의 백신 접종과 자폐아 발생의 상관관계가 잘못 도출되었으며 이 때문에 백신을 접종하지 않아 심각한 문제가 발생할 수 있다고 지적했다. 또한 BiorixV를 필두로 하는 오픈 리스소 개념의 출판 시스템에 대한 고찰도 이루어졌다. 전통적인 관점의 peer review를 거치지 않은 출판시스템의 기원과 발전 상황에 대해 설명하였다. 유럽 대표 학술지인 EMBO가 자칫 자신의 운영에 나쁜 영향을 끼칠 수 있는 오픈 리소스 시스템을 긍정적으로 접근하는 것이 흥미로웠다. 이에 대한 질문도 많이 이어졌는데 운영 방식과 신뢰성에 대한 질문과 답변이 많이 나왔었다.
첫째 날의 마무리는 그 자신도 훌륭한 컴퓨터 과학자인 EPFL의 총장 Martin Vetterli의 총평으로 이루어졌다. 그는 자신의 전공이 생물학에서 이용되어 발전에 기여함을 자랑스럽게 말하였고 빅데이터 시대에 컴퓨터과학과 생물학이 서로 상호 발전시킬 수 있음을 강조하였다.
연사의 발표 모습.
2. 25일 주요 내용
• Proteolytic control of mitochondrial dynamics and metabolism.
- Thomas Langer, University of Köln, Germany
소개: Langer 교수는 미토콘드리아에 위치한 protease의 기능과 조절에 초점을 맞추어 미토콘드리아의 항상성이 어떻게 이루어지는지에 대해 연구를 하고 있다. 이번 발표에서는 미토콘드리아의 fission과 fusion의 조절 기작에 대한 새로운 연구 결과와 메타볼리즘과의 연계성에 대해서 발표하였다.
1) 첫 번째 내용으로 미토콘드리아 protease인 YME1L과 OMA1이 세포 스트레스상황에서 활성화되어 미토콘드리아 fusion 조절 GTPase인 OPA1을 절단하여 활성을 억제하는 것을 보여주었다. 이 결과 미토콘드리아의 정상적 기능이 이루어지지 않으며 결과적으로 심장기능 이상을 초래할 수 있음을 말하였다.
2) 두 번째로는 위의 현상을 좀 더 분자적 수준에서 규명한 내용을 발표하였다. 저 산소상황에서 YME1L이 활성화 됨을 보여주었고 이 결과 전체 미토콘드리아 프로테옴의 양이 줄어들게 됨을 보고하였다. 또한 이러한 활성화의 상위에는 mTOR의 억제가 필요함을 보여주었다. 세포 내에서 YME1L을 낙아웃 하였을 경우 세포내의 ATP와 호흡 그리고 NAD
+/NADH 비율에는 변화가 없는 점을 보여주어 다른 측면에서의 조절이 있음을 추측하였고, YME1L은 TCA 사이클의 glutamin metabolism을 조절하여 세포에 영향을 끼침을 보였다.
• Regulation of growth by the mTOR pathway.
- David Sabatini, Whitehead institute for Biomedical Research, Cambridge, USA
소개: Sabatini 교수는 mTOR 연구의 최고 선봉장에 있는 연구자이다. Raptor를 포함한 mTOR complex의 구성 단백질의 종류와 기능을 규명하였으며 Leucine을 비롯한 각종 아미노산을 mTOR가 어떻게 감지하는지에 대한 메커니즘을 밝힌 것으로 잘 알려져 있다.
1) 이번 발표에서는 그 동안 자신의 연구그룹이 발견한 mTOR의 각각의 아미노산의 감지 메커니즘과 매개 단백질 동정에 관한 내용이 주를 이루었고 이들 중에는 발표 이후인 11월 11일자 ‘Science’지에 실린 S-adenosylmethione에 관한 내용도 있었다. 이 내용이 독특한 점은 mTOR로 신호가 전달되는 다른 아미노산과는 달리 아미노산 그 자체가 아니라 변형된 아미노산이 감지가 된다는 점이다. 이 대사물질은 기존의 다른 아미노산의 센서인 GATOR와 KICSTOR의 결합단백질로 동정된 C7orf60(이 논문에서 SAMTOR로 다시 명명되었다.)에 의해 감지되는 것으로 발표를 하였다. S-adenosylmethionine은 SAMTOR에 결합하게 되고, 이는 GATOR, KICSTOR와의 결합이 떨어지게 한다. 반대 상황 즉 methionine 결핍 상황에서는 SAMTOR와 GATOR 간의 결합이 강해지게 되고 GATOR1과 2의 결합을 약하게 함으로써 mTOR 신호를 약화시킨다고 발표하였다.
2) 이 외에도 기존의 발표에서 Arginine의 경우 세포 내 라이소좀에서 감지하는 것과 세포 외부에서 감지하는 메커니즘이 다르다는 것을 말하였는데 정확한 메커니즘은 규명하였지만 같은 아미노산에 대해 2가지 다른 메커니즘을 가지는 이유에 대해서는 좀 더 연구가 필요하다고 말하였다.
• Mitochondria, metabolic waste and cancer.
- Marcia Haigis, Harvard medical school, Boston, USA
소개: Marcia Haigis 교수는 미토콘드리아에 위치한 deacetylase 효소인 SIRT3와 SIRT4를 중심으로 이들 효소가 어떻게 조절되고 기능하는지를 연구하고 있다. 이를 바탕으로 미토콘드리아 메타볼리즘과 관련된 노화연구도 수행하고 있다.
1) 세포는 대사활동을 통해 다양한 대사 물질을 내며 이들 중 일부는 세포외부로 분비되게 된다. 세포 외부로 분비되는 대사 물질들에 대한 연구는 그 동안 집중을 받지 못하다 최근에 그 중요성이 인식이 되어 연구가 진행되고 있다. 대표적인 것으로 암 세포의 경우 증가된 glycolysis에 lactate의 생산 역시 증가되는 것으로 알려져 있다. 세포 외부 농도가 높아진 lactate는 세포외액의 PH를 조절하거나 그 자체가 면역세포 등 다른 세포에 영향을 줌으로써 암의 증식을 촉진한다고 알려져 있다. 최근의 연구에 따르면 분비된 lactate를 다시 흡수함으로써 에너지 원으로 사용한다는 보고도 있다.
이번 발표에서는 또 다른 대표적 대사 물질인 암모니아가 어떤 역할을 하는지에 대해서 말하고 있다. 기존에는 암모니아가 대사 과정의 부산물로 생기는 찌꺼기라는 개념이 정설이었으나 이번 결과에서는 암세포에 의한 암모니아의 흡수가 능동적인 역할을 가지고 있음을 말하였다. 암세포는 NH4
+를 많이 생산하며 이는 암세포에서 증가되어있다고 알려진 glutaminolylsis를 통해 생성되는 것을 밝혀내었다. 높은 농도의 암모니아는 일반 세포에는 독성을 보였으나 암세포에서는 그렇지 않았으며 오히려 성장을 촉진하였다. Isotope labeling을 통해 외부에서 유입된 암모니아의 메타볼리즘을 측정한 결과 재흡수된 암모니아는 세포 내에서 glutamate로 바뀌고 이 후에 Proline과 Aspartate으로의 합성에 이용되는 것으로 확인되었다. 결과적으로 암모니아의 재흡수로 인한 아미노산의 합성이 암세포 성장에 적극적으로 이용됨을 알 수 있었다. 마지막으로 이러한 작용 메커니즘에는 GDH (glutamate dehydrogenase)가 핵심적인 역할을 함을 유전학적 방법을 통해 확인하였다.
세션 중간 쉬는 시간에 디스커션 중인 청중과 연사들.
3. 26일 주요 내용
• Mitokine control of metabolism and longevity.
- Andrew Dillin, Howard Hughes Medical Institute, Berkeley, USA
소개: Andrew Dillin 교수는
C. elegans를 이용하여 미토콘드리아와 노화의 상관관계에 대해 연구하고 있다. 특히 단백질의 항상성(proteostasis)에 관한 연구를 많이 수행하고 있으며 미토콘드리아 단백질의 항상성과 세포질 단백질 항상성과의 관계에 대한 연구의 세계적 리더이다.
1) 노화를 지연시키는 여러 가지 방법 중에 하나는 약간의 스트레스를 가함으로써 세포나 개체가 스트레스에 저항하는 시스템을 작동시키는 것이 있다. Dillin 교수는 미토콘드리아의 TCA cycle이나 scaffold 단백질을 억제하여 스트레스를 일으킬 경우 mitochondria unfolded protein response (UPR
mt)가 발생하며 이 결과 수명이 연장될 수 있다는 것을
C. elegans 모델에서 이미 보였다. 또한 이러한 시그널은 organ to organ 시그널에 의해서도 유발될 수 있음을 보였는데 neuronal cell 선택적으로 스트레스를 주더라도 intestine 등 다른 세포에서도 UPR
mt가 일어날 수 있음을 보였다. 이를 바탕으로 조직 간에 UPR
mt 시그널을 일으킬 수 있는 호르몬 같은 물질이 있을 것이라 생각했고 이를 mitokine이라 명명하여 실체를 찾기 시작했다. 연구결과 wnt 시그널링이 관여할 수 있다는 것을 receptor나 agonist knockdown 등을 통해 보였다.
• Metabolism, Diseases, and Aging.
- Adam Antebi, Max Planck Institute for Biology of Ageing, Cologne, Germany
소개: Adam Antebi는
C. elegans를 모델 시스템으로 사용하여 노화 연구를 진행하고 있다. 특히 calorie restriction이 어떻게 수명 연장을 하는지를 연구하고 있다.
1) 지금까지의 연구 결과를 통해 calorie restriction과 AMPK 활성 등 수명을 연장할 수 있는 여러 가지 intervention이 보고되었다. 이들 intervention들은 각각 연구되어 왔지만 이 방법들이 수명을 연장하는 공통적인 메커니즘이 있는지에 대한 연구는 잘 알려지지 않았다. 이번 학회에서는
C. elegans에 각각의 intervention을 준 후 유전자 발현을 분석하여 공통된 메커니즘을 찾는 것에 대한 연구가 발표되었다. 이를 통해 MML-1/Mondo를 발견하였다. 이들은 핵에서 TFEB를 활성화 시킴으로써 autophagy를 활성화 하고 라이소좀을 생성함으로써 수명을 연장시키는 것을 확인하였다.
2) Antebi 교수는 또한 nuclei 크기가 장수의 정도와 연관성이 있다는 것을 밝혔는데 nuclei 크기가 작을수록 수명이 증가하는 것을 보았다. 연관성에만 머무르지 않고 작은 nuclei를 만드는 것이 수명을 연장시키는지를 알아보기 위해 관련 유전자를 탐색하였고 tumor suppressor로 알려진 NCL-1을 찾게 되었다. 이 유전자는 nuclei 사이즈를 조절하며 이 유전자를 낙다운 하였을 경우 calorie restriction에 의한 수명 연장 효과가 사라지는 것을 보였다. Antebi 교수는 작은 사이즈의 nuclei가 수명을 연장할 수 있는 이유에 대해 전체 유전자 발현양이 줄어들고 단백질 합성이 적어지게 되어 과도한 유전자 발현으로 인한 스트레스 발생을 억제할 수 있기 때문이라고 말하였다.
• Jens Bruning.
- Max Planck Institue for Metabolism Research, Cologne, Germany
소개: Bruning 교수는 스핑고리피드의 대표적 메타볼라이트인 세라마이드(ceramide)를 중심으로 이 물질이 대사와 스트레스 그리고 노화에 미치는 영향에 대해 연구를 하고 있다.
1) 세라마이드는 막 지질의 구성 물질로써 기능을 하는 것으로도 알려져 있지만 스트레스나 여러 질병에서 쌓이는 것으로 알려져 있으며 과도한 축적은 미토콘드리아를 통해 세포사멸을 일으키고 질병의 원인이 될 수 있다고 알려져 있다. 이번 학회에서는 세라마이드 합성 효소 중 하나인 Cer6를 중심으로 세라마이드가 어떻게 작용하는지를 발표하였다. 기존 연구를 통해 Bruning 교수는 Cers6를 간 특이적으로 knockout 할 경우 HFD (high fat diet)에 의한 몸무게 증가와 glucose uptake resistance가 감소하는 것을 통해 ceramide가 개체의 메타볼리즘에 중요한 역할을 할 수 있음을 보였다. 이번 발표에서는 Cers6 특이적으로 생성된 세라마이드가 mitochondria에 쌓이게 됨을 말하였다. 이러한 현상을 좀더 살펴보기 위해 미토콘드리아 세라마이드에 특이적으로 결합하는 단백질을 탐색하였고 미토콘드리아 분열에 관여하는 MFF라는 단백질을 동정하게 되었다. 후속 연구를 통해 ceramide는 MFF에 결합함으로써 미토콘드리아 분열을 촉진하고 이러한 메커니즘이 세라마이드에 의한 병리적 상황 발생에 중요한 역할을 할 수 있음을 발표하였다.
Ⅱ. 총평
대부분의 큰 학회들은 미국을 중심으로 열린다. 이번 학회는 유럽의 스위스에서 열렸지만 EMBO의 후원과 organizer인 Johan Auwerx의 영향력으로 메타볼리즘과 수명 그리고 미토콘드리아 학계를 이끄는 수많은 연사들이 참여, 발표한 거대 학회가 되었다. 학계를 이끄는 이들을 한 자리에서 볼 수 있는 것 자체도 어려운 일이지만 이들 발표를 통해 메타볼리즘-노화 연구의 동향이 어떠한 것인지 알 수 있었고 또한 어떠한 방법론을 사용하는 지를 알 수 있는 중요한 학회였다. 모든 학회들이 그러하듯이 이번 학회를 통해서도 청중들이 자신의 연구의 영역을 확장하고 연구의 막힌 부분들을 풀어갈 수 있는 좋은 기회가 되었다고 생각한다.