우리 몸의 모든 세포는 인산화(燐酸化) 반응을 한다. 이것은 단백질이 세포의 한 부분에서 다른 부분으로 옮겨가거나 다른 단백질과 결합할 때 그 기능과 활동을 조절하기 위해 일종의 화학적 표지를 붙이는 과정이다.

세포 안에서 작동하는 대부분의 단백질들에서는 이 인산화 과정이 잘 이해돼 있지만, 세포 밖의 단백질에서는 아직 미스터리로 남아있다. 문제는 상처 치료에서 뼈의 형성에 이르기까지 많은 인체의 건강과 질병 등이 세포 밖에서 활동하는 단백질에 기인하는 만큼 이에 대한 다각적인 연구가 필요하다는 점이다. 미국 캘리포니아 샌디에이고 의대 연구진은 이와 관련해 단순하지만 깜짝 놀랄 만한 발견을 했다. 우리 몸에서 만들어진 단백질 중 100개 이상의 인산화가 많이 알려진 단일 효소인 Fam20C의 작용에 의한 것이라는 사실이다.(6월 18일 Cell지)

논문의 시니어 저자인 잭 딕슨(Jack Dixon) 미 캘리포니아 샌디에이고 의대 교수는 “이번 연구는 세포생물학과 생의학 연구의 여러 부문, 한 예로 암세포들은 어떻게 전이되는가와 같은 주제에 대해 완전히 새로운 발견 영역이 있음을 보여주고, 그에 따라 많은 새 치료 타겟을 제공하게 됐다”고 설명했다.

예를 들면 Fam20C 효소 유전자에 돌연변이를 지니고 태어난 아기는 라인증후군이라는 희귀질환을 앓는 것으로 알려져 있다. 또 Fam20C의 모든 기능이 결여되면 뻐 형성에 문제가 생기고 통상 태어나면서 바로 사망하게 된다. 반대로 여러 형태의 암에서는 Fam20C가 과잉 생산되는 것으로 보고돼 있다.

Fam20C 효소 부족하면 암 전이 억제돼

인체의 건강과 질병에서 이 같은 Fam20C의 역할을 심층 추적하기 위해 연구팀은 CRISPR/Cas9이라는 새로운 유전자 편집 기술을 이용해 실험실에서 배양한 간암과 유방암 및 뼈암 세포에서 Fam20C 유전자를 제거했다. 그런 다음 Fam20C가 결여된 암세포와 아무 조작을 가하지 않은 암세포를 키운 배양액을 모아 각 샘플에 포함된 단백질들을 분석했다. 분석 결과는 놀랍게도 단백질들이 Fam20C의 작용에 의한 골광화(bone mineralization)에 포함되지 않고, 각 세포 형태마다 분비된 단백질의 90%가 Fam20C에 의해 인산화돼 모두 100개 이상의 서로 다른 단백질이 존재하는 것으로 조사됐다.

연구팀은 또한 Fam20C를 제거한 유방암세포와 그렇지 않은 암세포가 주위 조직에 대한 전이와 침투능력이 어떠한지를 조사했다. 실험실 연구에서 Fam20C 효소가 부족한 암세포들은 이동 능력이 크게 억제되는 현상이 발견됐다. 이 같은 사실은 실제 유방암에서 Fam20C가 암 전이에 도움을 준다는 것을 의미하는 것이다.

논문 제1공동저자의 한 사람인 샌드라 윌리(Sandra Wiley) 박사는 “60년 가까운 단백질 인산화 연구를 통해 세포 안에서의 단백질 인산화에 관해 많은 중요한 기능들이 밝혀졌으나 세포 밖의 단백질 인산화는 이러한 메커니즘들과 다를 것이라고 믿을 만한 어떠한 이유도 없었다”며, “그러나 우리는 (다른 메커니즘을 발견해) Fam20C 효소에 의해 인산화된 각 단백질들의 생물학적 기능과 중요성을 탐구하고 있다”고 말했다.