만성 골관절질환 치료, 새로운 단백질 찾았다

길로·연세대 등 세계 최초 규명

국내 연구진이 고령화 시대 만성 난치성 골관절질환인 골다공증, 류마티스 관절염 등 다양한 연골 및 뼈 손실의 치료를 위한 연구에 중요한 역할을 하는 새로운 단백질을 발견했다. 김성진 메드팩토 대표가 연구소장을 겸임하는 재단법인 길로 연구소는 연세대, 일본 츠쿠바대, 테라젠이텍스 및 메드팩토와의 공동연구를 통해 MAST4 단백질이 중간엽 줄기세포(MSC)의 연골 세포나 뼈 세포로의 분화를 결정하는 핵심 단백질이라는 것을 세계 최초로 규명했다.

이번 연구결과는 세계적으로 권위 있는 학술지 '네이처'의 온라인 자매지 '네이처 커뮤니케이션' 7월호에 게재됐다.

중간엽 줄기세포의 연골 및 뼈 분화는 Sox9, Runx2와 같은 핵심 전사 인자, 그리고 TGF-beta, Wnt/beta-catenin 신호 전달 체계에 의해 정교하게 조절되는 것으로 알려져 있다. 하지만 개별 분화의 방향을 결정하는 핵심 요소에 대한 연구는 부족해, 실제 세포 치료로 구체적으로 응용하는데 있어서는 어려움이 있는 실정이었다.

이번 연구에서 연구진은 MAST4 단백질이 MSC의 연골 분화를 억제하는 반면, 뼈 분화는 촉진시킨다는 사실을 밝혀냈다. MAST4 단백질이 없으면 MSC가 연골세포로 분화를 하고, MAST4 단백질이 많아지면 MSC가 골세포로 분화된다는 사실을 세계 최초로 증명한 것이다.

연구진은 기능이 잘 알려지지 않았던 인산화 효소 MAST4 단백질이 연골 분화 과정에서 TGF-beta 신호전달에 의해 억제되는 것을 발견했다. MAST4 단백질은 연골 세포 분화와 연골 재생에 핵심적인 역할을 하는 Sox9 단백질에 작용해 분해를 유도시키는데 MAST4를 겹핍시키면 SOX9 단백질이 분해되지 않고 양이 많아져서 연골을 구성하는 대부분의 단백질의 유전자의 발현을 현저하게 증가시키는 것을 연골 분화 세포 및 MAST4 유전자 결핍 생쥐의 연골 내골화 과정을 통해 확인했다.

대부분의 중간엽 줄기세포에서 MAST4 단백질의 양이 현저하게 낮은데 뼈 생성에 중요한 인자로 알려진 Wnt 신호를 활성화시키면 MAST4 단백질이 분해 되지 않고 안정화되기 때문에 양이 많아지게 된다.

MAST4 단백질은 뼈 생성에 핵심 전사 인자인 beta-catenin을 활성화시켜 뼈 형성에 필요한 조골세포의 증식과 분화에 중요한 역할을 하는 전사인자인 Runx2를 활성화시켜 뼈 분화를 유도시킨다는 사실을 밝혔다.

이번 연구로 향후 골관절질환의 치료에 상당히 기여할 것으로 기대된다.

김성진 연구소장은 "MAST4 단백질은 중간엽 줄기세포의 분화 방향을 결정하는 인자"라며, "MAST4 단백질이 TGF-beta 및 Wnt 신호 전달을 매개하는 것을 새롭게 발견함으로써 퇴행성 관절염 및 골다공증등 다양한 골관절 질화에 효과적인 세포 치료 기술을 개발하기 위한 기반을 다지게 됐다"고 말했다.

[e-mail] 강중모 기자