심장근육세포의 삶과 죽음을 결정하는 핵심 회로 규명

- 심부전 등다양한 심장질환 치료에 활용기대 -

 

 

 

 

□ 국내 연구진이 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 심장근육세포 내 베타수용체 신호전달경로의 자극 세기에 따라 세포의 생존과 사멸이라는 상반된 운명이 어떻게 결정되는지 그 근본원리를 규명해냈다. 향후 심부전을 비롯한 다양한 심장질환의 치료에 활용될 것으로 기대된다.

 

□ 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 바이오·의료기술개발사업과 중견연구자지원사업(도약/전략연구) 및 광주과학기술원 시스템생물학인프라구축사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 네이처(Nature) 자매지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications/IF 10.742)에 12월 17일자로 게재되었다.

 

   * (논문제목) The switching role of β-adrenergic receptor signalling in cell survival or death decision of cardiomyocytes

   * (공동 제1저자) KAIST 바이오및뇌공학과 신성영 박사, GIST 생명과학부 김태용 박사

   * (참여저자) KAIST 의과학대학원 이호성 박사과정생, KAIST 의과학대학원 강준혁 박사과정생, GIST 생명과학부 이지영 석사과정생

   * (공동 교신저자) GIST 생명과학부 김도한 교수, KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수

 

□ 베타수용체 신호전달경로는 심근세포의 생존을 촉진(베타2수용체 매개)하지만 동시에 심근세포의 사멸을 유도하기도 하여 심장독성을 유발(베타1수용체 매개)함으로써 심부전 등 다양한 심장질환을 일으킨다.

 

  o 지금까지 베타수용체 신호전달경로에 의해 조절되는 상반된 심근세포운명(생존 혹은 사멸)의 근본 원리를 밝히고자 하는 많은 시도가 있어왔으나 아직 밝혀지지 않았다.

 

※ 베타수용체(β-adrenergic receptor): 심장근육세포의 세포막에 존재하는 단백질로서 에피네프린이나 노르에피네프린 등의 신경호르몬에 의해 자극받으면 심장근육세포가 더 강하고 빠르게 수축하도록 촉진하는 신호를 전달한다.

 

 

 

 

(그림) 베타수용체의 자극 세기에 따른 상반된 세포운명 결정 메커니즘. 약한 베타수용체의 자극에 대해서는 ERK 신호전달경로(파란색 화살표)가 활성화되고 이로 인하여 Bcl-2의 발현량이 증가되어 결과적으로 심근세포의 생존이 촉진된다. 반면 강한 베타수용체의 자극에 대해서는 ICER 신호전달경로(빨간색 화살표)가 활성화되고, 이로 인해 Bcl-2의 발현량이 감소하게 되어 심근세포의 사멸이 유발된다.

 

 

□ 연구팀은 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석과 세포생물학 실험의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통하여 ERK* 신호전달경로와 ICER** 신호전달경로가 매개하는 피드포워드회로가 심근세포의 생존과 사멸을 결정하는 핵심 분자스위치임을 밝혀냈다.

 

  * ERK(Extracellular signal-regulated kinases): 세포생존에 관여하는 신호전달분자

  ** ICER(Inducible cAMP early repressor): 세포사멸에 관여하는 신호전달분자

 

  o 약한 베타수용체의 자극에 대해서는 ERK 신호전달경로가 활성화되고 이로 인하여 Bcl-2*** 단백질의 발현량이 증가되어 심근세포의 생존이 촉진되지만, 강한 베타수용체의 자극에 대해서는 ICER 신호전달경로가 활성화되고 Bcl-2 단백질의 발현량이 감소하게 되어 심근세포의 사멸이 유발되는 것이다.

 

  *** Bcl-2(B-cell lymphoma 2): 세포생존 촉진에 핵심적인 역할을 하는 신호전달분자

 

□ 김도한 교수와 조광현 교수는 “정보기술(IT)과 생명과학(BT)의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 지금껏 밝혀지지 않았던 베타수용체 신호전달경로에 의해 조절되는 상반된 심근세포운명의 원리를 규명한 것으로 향후 심근세포운명의 제어 및 이를 통한 심부전 등의 다양한 심장질환 치료에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.     <끝>

 

 

 

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