한국과학기술원(KAIST)은 화학과 박희성·강진영 교수 연구팀이 연세대 김성훈 교수 연구팀과 공동으로 세포가 영양 상태를 감지해 성장 신호를 활성화하는 핵심 원리를 규명했다고 26일 밝혔다.

우리 몸의 세포는 주변에 아미노산(단백질을 만드는 기본 재료)과 같은 영양분이 충분한지 끊임없이 확인하고 그 결과에 따라 성장과 단백질 합성, 에너지 사용을 조절한다.

이 과정에서 핵심적인 역할을 하는 것이 세포의 '성장 스위치' 역할을 하는 단백질 복합체 'mTORC1'이다.

mTORC1은 영양분과 에너지가 충분할 때 세포의 성장과 단백질 합성, 대사를 촉진한다.

mTORC1이 지나치게 활성화되면 세포가 필요 이상으로 성장하고 증식할 수 있으며, 실제로 여러 암에서 이러한 비정상적인 활성화가 나타나는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 단백질을 만드는 데 필요한 여러 효소가 모여 있는 복합체인 MSC(다중 아미노아실-tRNA 합성효소 복합체)에 주목했다.

그동안 MSC는 단백질 합성을 돕는 역할만 하는 것으로 알려졌지만, 연구팀은 이번 연구를 통해 세포 안의 영양 상태를 감지해 성장 신호를 전달하는 핵심 허브 역할도 한다는 사실을 밝혀냈다.

MSC 안에 있는 LARS1(류신이라는 아미노산을 인식하는 효소)이라는 단백질은 세포에 영양분이 충분하다는 신호를 받으면 '인산화'라는 변화를 겪는다.

인산화는 단백질에 작은 화학 표지가 붙어 기능이나 결합 상태가 달라지는 과정이다.

비유하자면 MSC는 여러 단백질이 모여 대기하는 '관제센터'이고, LARS1은 성장 스위치를 켜기 위해 밖으로 나가는 '신호 전달 요원'과 같다고 연구팀은 설명했다.

세포에 영양분이 충분해지면 LARS1에 인산화라는 '출동 신호'가 전달되고, 이를 받은 LARS1은 함께 붙어 있던 IARS1(아이소류신을 인식하는 단백질 합성 효소)과 분리돼 MSC 밖으로 이동한다. 이후 세포의 성장 스위치인 mTORC1을 활성화한다.

즉, 영양분이 부족할 때는 LARS1이 MSC 안에 묶여 있어 성장 신호가 켜지지 않지만 영양분이 충분해지면 LARS1이 MSC에서 빠져나와 mTORC1을 활성화하는 것이라고 연구팀은 부연했다.

강진영 교수는 "이번 연구를 통해 영양 신호가 세포의 성장 신호로 전환되는 과정을 구조적으로 확인했다"며 "앞으로 암세포에서 비정상적으로 활성화된 성장 신호를 더욱 선택적으로 차단하는 항암 표적 전략으로 이어지길 기대한다"고 말했다.