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권호정 교수 연구팀, 홍삼의 세포 노화 억제 기전 규명

생명공학과 권호정 교수 연구팀이 홍삼 유래 사포닌 성분인 진세노사이드 Rg3가 세포막 칼슘채널 ORAI1에 직접 결합해 세포 노화를 억제하는 기전을 규명했다. 세포 노화는 다양한 스트레스에 의해 세포 성장이 멈추는 상태로, 연령 관련 질환이나 암·대사질환의 위험 인자로 꼽힌다. 연구팀은 2021년 Rg3가 산화 스트레스를 줄이고 자가포식을 활성화해 세포 노화를 완화한다는 연구 결과를 발표한 바 있다. 이번 연구에서는 Rg3의 분자적 표적이 ORAI1 칼슘채널이라는 점을 확인했다. 연구팀은 세포 열 이동 분석(CETSA), 미세규모 열영동(MST) 분석, 분자 도킹 시뮬레이션을 통해 Rg3가 ORAI1 단백질의 세포외 루프에 있는 특정 아미노산 잔기(LYS204, ILE229)에 직접 결합한다는 사실을 밝혔다. 특히 실험에서 Rg3를 처리했을 때 소포체 칼슘 저장고 고갈 없이 세포질 내 칼슘 유입이 증가했다. 동시에 세포막과 소포체 간 접촉부위(ER-PM contact sites)가 줄어드는 현상도 관찰됐다. 이는 ORAI1 활성화가 이온 이동뿐 아니라 세포소기관 간 물리적 상호작용에도 영향을 줄 수 있음을 보여주는 결과다. 유입된 칼슘은 하위 신호전달 경로인 AMPK와 NRF2를 활성화했고, 항산화 단백질 HMOX1 발현을 늘려 산화 스트레스에 의해 유도되는 p21 발현을 억제했다. 이 과정에서 세포 노화 지표가 감소했다. 이번 연구는 천연물 유래 저분자 화합물이 특정 이온채널에 직접 결합해 칼슘 항상성과 세포소기관 접촉 구조를 조절할 수 있음을 보여줬다. 특히 Rg3는 기존 저장고 가동 칼슘 유입(SOCE) 방식과 달리 STIM1 매개 활성화 없이 ORAI1을 직접 조절하는 것으로 나타났다. 권호정 연세대 교수는 “이번 연구는 홍삼 성분 Rg3의 항노화 효과를 설명하는 직접 분자 표적으로 ORAI1을 확인한 연구”라며 “세포막-소포체 접촉부위와 칼슘 신호 전달 조절을 통해 노화 관련 질환 연구의 기반 자료로 활용될 수 있다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘저널 오브 진생 리서치(Journal of Ginseng Research)’에 6월 3일 온라인 게재됐다. 이수연 박사과정생이 제1저자, 고민정 연구교수가 공저자, 권호정 교수가 교신저자로 참여했다. [출처:중앙일보] https://www.joongang.co.kr/article/25437237

생명공학과 2026.06.18
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생명공학과 권호정 교수팀, 암세포만 선택적으로 죽이는 원리 밝혔다

생명공학과 권호정 교수팀, 암세포만 선택적으로 죽이는 원리 밝혔다. -VCP 억제제 처리 시 정상 혈관세포는 자가포식으로 생존, 암세포는 칼슘 항상성 붕괴로 사멸 [사진. (왼쪽부터) 생명공학과 고유빈 박사과정생, 권호정 교수] 생명공학과 권호정 교수 연구팀이 항암 후보물질로 주목받고 있는 VCP 억제제가 암세포는 선택적으로 사멸시키면서도 정상 혈관세포는 보존하는 원리를 규명했다. 연구팀은 세포 내 소기관 간 접촉 구조와 칼슘 조절 방식의 차이가 암세포와 정상세포의 운명을 가른다는 사실을 밝혀냈다. 암세포는 빠르게 증식하는 과정에서 많은 단백질을 만들어내기 때문에 정상세포보다 훨씬 큰 단백질 스트레스에 노출된다. 이러한 스트레스를 견디기 위해 암세포는 단백질 품질을 관리하는 단백질인 VCP(Valosin-Containing Protein)를 많이 사용한다. VCP는 손상되거나 불필요한 단백질을 제거해 세포의 단백질 항상성을 유지하는 역할을 하며, 암세포의 생존에도 중요한 역할을 한다. 이 때문에 VCP를 억제하면 암세포가 선택적으로 사멸할 수 있어 차세대 항암 치료 표적으로 주목받아 왔다. 그러나 그동안은 왜 VCP 억제제가 정상세포보다 암세포에 더 큰 영향을 미치는지 명확한 이유가 밝혀지지 않았다. 연구팀은 이번 연구에서 VCP 억제제를 처리했을 때 암세포와 정상 혈관세포가 전혀 다른 방식으로 반응한다는 사실을 발견했다. [그림. VCP 억제에 따른 소기관 접촉 부위 및 칼슘 매개 자가포식 조절 기전 모식도] 정상 혈관세포에서는 세포막, 소포체, 미토콘드리아 사이의 소기관 접촉 부위가 재구성되면서 세포질 내 칼슘 농도가 증가했다. 이에 따라 자가포식을 유도하는 AMPK와 TFEB 신호가 활성화됐고, 세포는 손상된 단백질을 제거하며 스트레스를 극복했다. 즉, 정상 혈관세포는 자가포식을 통해 스스로를 보호하고 생존할 수 있었다. 반면 대장암 세포에서는 같은 VCP 억제제를 처리해도 칼슘 항상성 유지에 실패했다. 칼슘이 세포질로 적절히 이동하지 못하고 미토콘드리아 내부에 과도하게 축적되면서 자가포식 기능이 제대로 작동하지 않았고, 결국 세포 사멸로 이어졌다. 연구팀은 이를 통해 단백질 항상성이 무너진 상황에서 소기관 접촉 부위의 재구성과 칼슘 분포 조절 능력이 세포 생존 여부를 결정하는 핵심 요인임을 확인했다. 특히 이번 연구는 VCP 억제제가 암세포의 성장을 억제하면서도 정상 혈관세포는 상대적으로 보존할 수 있는 생물학적 근거를 제시했다는 점에서 의미가 크다. 종양 주변 혈관이 과도하게 손상되면 저산소 환경이 형성돼 암의 악성화를 촉진하고 약물 전달도 방해할 수 있는데, 정상 혈관이 유지될 경우 향후 항암제 전달 효율 향상에도 도움이 될 수 있기 때문이다. 권호정 교수는 “이번 연구는 단백질 항상성 붕괴 과정에서 발생하는 소기관 접촉 부위의 변화가 세포 내 칼슘 분포와 자가포식 활성 여부를 결정하고, 결국 암세포와 정상세포의 서로 다른 운명을 만들어낸다는 사실을 규명한 것”이라며 “암세포 선택성을 갖는 새로운 항암 전략을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 자가포식 분야의 권위 있는 국제학술지 'Autophagy'(IF 14.3)에 5월 18일 온라인 게재됐으며, BRIC 한빛사에도 소개됐다. 연구는 한국연구재단 리더연구자 사업, 우리 대학교 ICONS 사업, YFL 사업, BK21 FOUR 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 고유빈 박사과정생이 제1저자, 고민정 박사, 강혜진 교수(생명공학과), Marius Ueffing 교수(독일 Tübingen 대학)이 공동저자로 참여했다. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2026.2677184

생명공학과 2026.06.05
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권호정 교수팀, 소기관 접촉부위를 표적으로 한 치료 펩타이드로 동맥경화 개선 가능성 제시

[사진. (왼쪽부터) 생명공학과 하정민 박사과정생, 권호정 교수] 생명공학과 권호정 교수 연구팀은 세포 내 소기관 접촉부위 중 하나인 미토콘드리아-소포체 접촉막(Mitochondria-Associated ER Membranes, 이하 MAM)을 표적으로 하는 치료용 펩타이드를 개발하고, 이를 통해 자가포식 기능을 회복시켜 동맥경화를 유의하게 완화할 수 있음을 규명했다. 세포 내에서 미토콘드리아와 소포체는 약 10~30nm 거리에서 맞닿아 있으며, 이러한 접촉부위(Membrane Contact Site, 이하 MCS)는 칼슘 이온, 지질, 에너지 대사 신호를 교환하는 핵심 조절 허브로 작동한다. 특히 MAM은 자가포식, 에너지 항상성, 세포 스트레스 반응을 통합적으로 조절하는 중요한 구조로 알려져 있다. 최근 연구에 따르면 지질 과부하나 산화 스트레스 환경에서는 MAM 구조가 비정상적으로 재편되며, 이는 대사질환과 심혈관질환의 주요 병인으로 작용한다. 그러나 이러한 소기관 접촉 구조를 가역적이고 선택적으로 조절할 수 있는 치료 전략은 거의 개발되지 않은 상황이었다. [그림. 세포투과성 MAM-표적 펩타이드에 의한 죽상동맥경화 완화 기전 모식도] 연구팀은 이번 연구에서 MAM의 핵심 단백질 복합체인 IP3R–GRP75–VDAC1 축에 주목했다. 구조 분석을 바탕으로 단백질 간 상호작용을 선택적으로 방해할 수 있는 세포투과성 펩타이드(Peptide 4)를 설계했다. 이 펩타이드는 샤페론 단백질인 GRP75에 직접 결합해 IP3R–GRP75 상호작용을 차단함으로써, 소포체에서 미토콘드리아로 전달되는 칼슘 흐름을 정밀하게 완화했다. 그 결과 세포 내 ATP 수준이 미세하게 조절되고, 에너지 항상성 조절 경로인 AMPK–TFEB 축이 활성화되며, 기능적으로 손상됐던 자가포식 흐름이 회복되는 것이 확인됐다. 이러한 효과는 산화 LDL(oxLDL)로 유도된 지질 스트레스 환경에서도 안정적으로 유지됐다. 특히 연구팀은 MAM 구조의 정상화 정도가 자가포식 회복 및 세포 내 지질 제거와 밀접하게 연관돼 있음을 규명했다. 이는 MAM 구조 자체가 약물의 작용 여부를 시각적으로 확인할 수 있는 약력학적 지표(Pharmacodynamic marker)로 활용될 수 있음을 시사한다. 이번 연구는 최근 연구팀이 약리학 분야 권위지 Trends in Pharmacological Sciences에 발표한 ‘Stabilizer–Destabilizer’ 약물 프레임워크 개념을 실제 생체 모델에서 검증한 첫 사례라는 점에서도 의미가 크다. 해당 프레임워크는 소기관 접촉을 강화하거나(Stabilizer), 과도한 접촉을 완화하는(Destabilizer) 이중적 조절 전략을 제시한 바 있다. 이번 연구에서 개발한 MAM 표적 펩타이드는 과도하게 강화된 MAM 접촉을 선택적으로 완화하는 ‘Destabilizer’ 개념을 실험적으로 구현한 사례로, 이론적 약물 설계 개념이 실제 질환 모델에서 치료 효과로 이어질 수 있음을 입증했다. 실제로 동맥경화 동물모델인 ApoE knockout mouse에 해당 펩타이드를 전신 투여한 결과, 혈중 지질 수치가 개선되고 대동맥 플라크가 감소했으며, 심장 내 지질 축적 완화와 손상된 MAM 구조의 정상화가 관찰됐다. 권호정 생명공학과 교수는 “이번 연구는 소기관 접촉부위를 단순한 세포 구조가 아닌 조절 가능한 치료 표적으로 제시했다는 점에서 중요한 의미가 있다”라며, “특히 TiPS 논문에서 제안한 Stabilizer–Destabilizer 약물 개념이 실제 MAM 표적 펩타이드를 통해 질환 모델에서 검증됐다는 점에서, 소기관 접촉 기반 약물 설계 전략의 실현 가능성을 보여준다”라고 밝혔다. 이번 연구는 바이오의학 분야의 권위 있는 국제학술지 ‘Theranostics’(IF 13.3)에 4월 16일 온라인 게재됐으며, BRIC ‘한빛사’ 논문으로도 소개됐다. 한국연구재단 리더연구자 사업, 우리 대학교 ICONS 사업, BK21 Four 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 하정민 박사과정생이 제1저자로, 고민정 박사와 임용범 교수가 공저자로 참여했다. 논문정보: https://www.thno.org/v16p6113.htm 중앙일보 관련기사: https://www.joongang.co.kr/article/25423905

생명공학과 2026.04.28