관절염을 치료할 유전자를 개구리 연구로 찾아냈다. 연골(軟骨)은 한 번 손상되면 쉽게 회복되지 않는데, 이 유전자를 조절하면 연골 재생을 유도할 수 있다. 향후 관절염 세포치료제나 바이오 신약 개발로 이어질 전망이다.

UNIST(총장 정무영) 생명과학부의 박태주 교수팀은 ‘아프리카발톱개구리(Xenopus)’ 발생 연구를 통해 ‘인테그린 베타 라이크 원(InTeGrin Beta Like One, 이하 ITGBL1)’ 유전자가 연골 형성에 관여한다는 사실을 최초로 규명,향후 관절염 세포치료제나 바이오 신약 개발로 이어질 전망이다.

박태주 교수팀은 연골세포가 세포외기질과 신호를 주고받는데 이용하는 ‘인테그린(Integrin) 단백질’에 주목했다. 세포 표면에 있는 이 단백질은 연골세포에게 신호를 보내 초기 연골조직이 만들어지도록 돕는다. 하지만 시간이 지나면 오히려 연골 형성을 방해하므로 이 신호를 줄여야 연골 형성이 쉽다. 연구진은 이 과정에 관여하는 유전자를 알아내면 연골 재생도 조절할 수 있다고 봤다.

연구팀은 우선 연골 형성에 관여하는 유전자부터 찾았다. 실험동물로는 아프리카발톱개구리를 활용했다. 이 개구리는 실험실에서 쉽게 다룰 수 있고, 유전적으로도 사람과 비슷해 오래 전부터 이용돼왔다. 체외수정을 하므로 수정란을 쉽게 얻을 수 있으며, 알이 크고 발생과정이 빨라서 배아가 성체(개구리)로 변하는 발생 과정을 연구하기 좋다.

연구 결과, 아프리카발톱개구리의 얼굴 연골로 분화하는 연골세포에서 ‘ITGBL1 유전자’가 많이 발현됐다. 이 유전자는 특히 연골세포가 연골조직을 만드는 과정 중 ‘인테그린 신호가 줄어야 하는 시기’에 맞춰 분비됐다. ITGBL1 유전자가 발현돼 만들어진 ITGBL1 단백질이 인테그린 신호를 억제해 연골조직 생성을 촉진한 것이다.

박태주 교수는 “관절염이 생기면 특정 효소가 나와 연골을 분해하고, 분해된 조각이 다시 염증반응을 일으키는 악순환이 나타난다”며, “이런 현상은 인테그린 활성 때문에 발생하는데, ITGBL1 단백질이 분비되면 이런 악순환의 고리를 끊을 수 있다”고 설명했다.

특히 ITGBL1 단백질은 세포 밖으로 분비돼 세포 외부에서 작용한다. 이 덕분에 바이오 신약으로 활용될 수 있고, 세포치료제로서 가능성도 매우 높다. 실제로 박 교수팀은 이번 연구결과를 활용한 관절염 세포치료제를 개발하는 후속연구를 진행 중이다.

박 교수는 “인테그린의 과도한 활성은 관절염뿐 아니라 암, 과민성 대장증후군, 건선 등 다양한 질환과도 연결돼 있다”며 “이번 연구로 ITGBL1 단백질이 인테그린 활성을 저해할 수 있다는 게 밝혀지면서 다양한 질환의 바이오 신약으로 활용될 가능성도 열렸다”고 덧붙였다.

이번 연구는 아주대 의과대학 양시영 교수팀과 공동으로 진행했으며, 사이언스(Science)의 자매지인 ‘사이언스 중개의학(Science Trnaslational Medicine)’ 10월 10일(현지시각) 온라인판에 게재됐다.