생명과학과 이수영 교수팀 골다공증 치료의 새로운 표적 제시
오래되거나 손상된 뼈를 흡수하는 ‘파골세포’ 기능 조절 단백질 규명
생명과학과 이수영 교수팀이 파골세포의 뼈 흡수 기능을 조절하는 새로운 인자를 찾아내는 데 성공했다.
이수영 교수(교신저자), 김민희 박사과정생(제1저자)와 박진희 박사(제1저자) 그리고 생명과학과 김태수, 강동민, 심현보 교수(공동연구) 연구팀은 연세대, 한국한의학연구원, 한국기초과학지원연구원과 공동연구를 통해 파골세포의 뼈 흡수 기능 유지에 필수적인 세포내 엔도-리소좀 트래피킹(endo-lysosomal trafficking)의 조절자로 역할하는 ‘RUFY4 단백질’을 새롭게 발견하고 그 작용기전을 규명했다. 이번 연구 성과는 <Bone Research(IF=12.7)> 온라인에 5월 15일(수) 게재됐다.
뼈 조직은 새로운 뼈를 만드는 ‘조골세포’와 오래되거나 손상된 뼈를 흡수하는 ‘파골세포’ 간의 균형을 통해 뼈의 양과 미세구조가 유지된다. 그러나 노화 및 폐경 등으로 인해 조골세포가 새롭게 만든 뼈의 양보다 파골세포가 파괴한 뼈의 양이 더 많아지면, 뼈는 약해지고 작은 충격에도 쉽게 부러질 수 있다. 골다공증은 이러한 불균형으로 유발되는 대표적인 뼈 질환이다.
파골세포는 카뎁신 K와 같은 가수분해효소를 세포 밖으로 분비하여 뼈를 갉아 먹고, 이러한 가수분해효소는 후기 엔도솜과 리소좀이 합쳐진 엔도-리소좀 안에 활성화된 상태로 존재한다. 따라서 파골세포 내 엔도-리소좀 형성과 이동, 그리고 세포 밖으로의 분비가 적절하게 조절되어야 파골세포가 정상적인 기능을 할 수 있다.
RUFY 단백질 family (RUN and FYVE domain-containing protein family; RUFY1 to RUFY4, FYCO1)는 주로 세포질에 존재하여 소포수송(vesicle trafficking)과 오토파지(autophagy) 등을 조절한다고 알려져 있다. 그중에서 RUFY4 단백질은 N-terminal RUN domain와 C-terminal FYVE domain을 통해 각각 small GTPases와 세포막 내 PtdIns(3)P에 결합하여 작용한다.
제1저자 김민희, 박진희 씨 | 파골세포 내 RUFY4 단백질에 의한 엔도-리소좀 수송 과정
연구팀은 RUFY4 단백질이 결핍된 실험 쥐의 경우 대조군보다 골밀도가 높다는 점, 그리고 RUFY4 단백질이 조골세포와 파골세포의 분화에는 영향을 미치지 않고 엔도-리소좀 형성과 카뎁신 K 분비 등 파골세포의 기능에만 특이적으로 관여함을 밝혀냈다. 또한, 염증 반응 및 난소 절제에 따른 뼈 파괴 마우스 모델에서도 RUFY4 단백질이 결핍된 마우스의 경우 뼈 손실이 완화됨을 확인했다.
이수영 교수는 “본 연구는 파골세포의 기능 유지에 중요한 엔도-리소좀 트래피킹 조절인자로 새롭게 RUFY4 단백질을 규명했고, 이를 통해 골다공증과 같은 뼈 질환의 치료법 개발에 대한 새로운 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대한다“고 설명했다.
이번 연구는 과학기술통신부와 한국연구재단이 주관하는 멀티태스킹 대식세포 선도연구센터, 형광코어이미징분석센터, 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었다.