근력운동을 하면 손상된 세포 성분 제거 메커니즘이 활성화되는 것으로 나타났다. 연구진은 이 연구가 심부전 같은 심장 질환이나 신경질환 예방은 물론 유인 우주 임무에도 도움이 될 것으로 기대한다.

독일 본대학 요르그 회펠트 교수팀은 26일 과학 저널 커런트 바이올로지(Current Biology)에서 근력운동을 하면 단백질 접힘(folding)을 제어하는 샤프론 단백질인 BAG3을 활성화해 세포 내 손상된 요소가 자가포식(autophagy)으로 제거되게 하는 것으로 나타났다고 밝혔다.

근육과 신경은 오랫동안 높은 활동성을 지속해야 하므로 이를 구성하는 세포 요소들은 항상 마모와 손상 위험을 안고 있다. 이런 조직의 기능을 장기적으로 유지하기 위해서는 손상된 요소들을 효율적으로 제거하는 시스템이 필수적이다.

단백질 접힘에 관여해 정상 기능을 하는 3차원 구조를 형성하게 하는 샤프론 단백질의 하나인 BAG3는 세포 내 손상된 구성 요소를 식별하고 세포막으로 감싸 자가포식으로 제거될 수 있는 '자가포식소체'(autophagosome)를 형성하는 데 중요한 역할을 한다. BAG3 시스템이 손상되면 심부전뿐만 아니라 어린이에게 빠르게 진행되는 근력 약화를 유발할 수 있다.

회펠트 교수는 자가포식소체는 나중에 파쇄해 재활용하기 위해 세포 폐기물을 모으는 쓰레기봉투와 같다며 이 연구에서 근력운동이 BAG3 단백질이 활성화에 미치는 영향을 분석했다고 말했다.

분석 결과 근력 운동을 할 때 BAG3 단백질에 인산염 기(phosphate group)가 달라붙는 인산화(phosphorylation)가 일어나고 휴식을 취할 때는 인산염이 떨어져 나가는 것으로 밝혀졌다. 또 BAG3 단백질은 인산화될 때 활성화되는 다른 많은 세포 단백질과 달리 인산염이 떨어져 나가면서 활성화되는 것으로 나타났다. 이는 근력 운동을 할 때 BAG3 단백질이 활성화되면서 세포 노폐물을 자가포식소체로 만드는 메커니즘이 활성화된다는 것을 의미한다.

연구팀은 또 BAG3 돌연변이는 팔과 다리의 신경 섬유가 손상돼 손발을 움직일 수 없는 샤르코-마리-투스 증후군이라는 신경질환을 유발할 수 있다며 환자들의 세포를 연구한 결과 특정 증상이 BAG3 제거 과정에 결함을 일으키는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이들은 다음 단계로 인산염 기를 제거하는 효소인 포스파타제(phosphatases)를 통해 운동하지 않고도 BAG3를 활성화하는 방법을 모색하고 있다. 이를 통해 근역 약화, 심부전, 신경질환에 대한 새로운 치료법을 찾을 수 있을 것으로 기대한다.

회펠트 교수는 "이 연구는 우주 임무를 수행하는 우주비행사의 근육 약화 등에 대한 대책을 모색하기 위해 시작됐다"며 BAG3를 활성화하는 약물을 개발하면 우주비행사는 물론 인공호흡기를 달고 있는 중환자 등 움직일 수 없는 환자에게도 도움이 될 것이라고 말했다.

◆ 출처 : Current Biology, Ottensmeyer, et al., 'Force-induced dephosphorylation activates the cochaperone BAG3 to coordinate protein homeostasis and membrane traffic', https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.088