희귀질환 치료 실마리, 세포 '이온 흐름'에서 찾는다

전기생리학 기반 이온채널 연구 시작‧‧‧발병 원인 정밀하게 접근

[조승빈 기자]

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[출처 : 123RF.com]세포의 ’이온 흐름'을 연구해서 희귀 질환을 비롯해, 다양한 난치성 건강 문제들의 치료 실마를 찾는 여정이 시작됐다.

질병의 발생 원인을 보다 정밀하게 이해해서 환자 맞춤형 치료법을 개발하는 것이다.

가톨릭대 의대 생리학교실 위진홍 교수팀은 최근 이 같은 내용을 중심으로 과학기술정보통신부 주관 2025년도 우수신진연구사업과 신진연구자 인프라 지원사업에 연이어 선정됐다.

이는 세포소기관 간 상호작용 및 신호전달 기전을 밝히고, 희귀 질환 치료 표적 개발에 관한 연구 성과와 미래 가능성을 동시에 인정받은 결과다.

위진홍 교수는 '리소좀 TRPML 이온채널 기반 세포소기관 조절로 질환 신규 치료 표적 제시’라는 주제를 통해, 앞으로 5년간 약 12억5000만 원의 정부 지원을 받아서 연구를 진행한다.

위진홍 교수 연구팀은 전기생리학을 활용해 세포소기관 이온채널을 연구할 수 있는 원천기술을 가진 유일한 국내 그룹으로 평가받는다.

위 교수팀은 이번 과제는 희귀 질환뿐 아니라 △대사성 질환 △신경계 질환 △노화 관련 성인병에 이르기까지 신규 치료 기전 발굴과 선도물질 개발의 초석이 될 것으로 기대된다.

위진홍 교수는 "세포소기관 이온채널은 생명 현상의 근본을 이해하는 중요한 연구 주제"라며 "이 분야의 기술 선점은 미래 의료 패러다임 전환 및 신성장동력 확보와 직결될 것"이라고 전망했다.

연구의 핵심은 '리소좀(Lysosome)’이라는 세포 속 작은 기관에 있다. 리소좀은 세포 안에서 필요 없어진 물질을 분해하고, 재활용하는 청소부 역할을 한다. 하지만 리소좀의 기능은 단순한 청소부에 그치지 않는다.

리소좀을 중심으로 한 단백질 분해는 △세포 영양분 공급 체계 △항상성 유지 △질병 조절에 핵심적인 역할을 한다.

특히 리소좀 안의 칼슘(Ca²⁺) 신호는 △세포 내 청소 작용(오토파지) △세포 간의 신호전달 △생존 결정 등 세포 내 다양한 현상에 깊이 관여하며, 이 과정에 핵심적인 역할을 한다. 이것이 바로 'TRPML 이온채널’이다.

'TRPML(transient receptor potential channel, mucolipin subfamily)은 리소좀이나 엔도좀(endosome)에 존재하는 비선택적 양이온 채널이다. 이 채널은 칼슘 외에도 △마그네슘(Mg²⁺) △철(Fe²⁺) △아연(Zn²⁺) 등 다양한 이온의 이동을 조절한다.

이 이온의 흐름은 단순한 물질 이동이 아닌 세포 내 소기관 간의 소통과 연결에 관여한다. 즉 세포가 어떤 방향으로 반응할지 결정하는 일종의 '사령탑’이다.

위진홍 교수는 이번 연구를 바탕으로 이온채널 활성의 변화가 세포 내에서 △소기관 간 결합 △칼슘 전달 △신호전달 네트워크 해석 같은 세포소기관 간 신호체계를 통합적으로 분석한다.

이를 통해 세포의 생존‧사멸 결정 경로에 어떤 영향을 미치는지를 규명함으로써 신규 치료 타깃을 도출할 계획이다.

아울러 위 교수는 신진연구자 인프라 지원사업을 통해 첨단 이미징 장비인 '홀로토모그래피(Holotomography)’ 시스템도 도입할 계획이다.

이 장비는 세포를 염색하거나 손상시키지 않고, 굴절률을 이용해서 살아있는 세포의 3차원 구조를 고해상도로 실시간 관찰할 수 있다.

그동안 세포소기관은 그 형태가 고정적이지 않고, 역동적으로 변하기 때문에 △결합 △해리 △신호전달 조절이 질환 발생과 밀접한 관련이 있는데도 불구하고 실시간 분석에 한계가 있었다.

이에 위 교수는 홀로토모그래피 기술을 활용해서 세포소기관의 △역동성 △상호작용 △활성 기전을 규명하고, 이를 질환 진단 및 치료 타깃 개발로 확장할 예정이다.

위 교수팀의 이번 과제 선정은 세포소기관 원천기술 확보 및 신약개발 플랫폼 구축이 가능할 것으로 기대되고 있다.

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