국내 연구진이 지방세포가 분화하는 과정에서 유전자 번역과 세포 대사가 서로 밀접하게 상호작용하며 영향을 주고받는다는 사실을 밝혀냈다.

광주과학기술원(GIST)은 조준 GIST 의생명공학과 교수와 이미혜 순천향대학교 순천향의생명연구원 교수 공동연구팀이 전사체, 번역체, 단백체를 통합한 다중체 분석을 통해 기존에 알려지지 않았던 두 가지 유전자 번역과 대사 간 상호조절의 기전을 규명했다고 24일 밝혔다.

지방세포는 에너지를 저장하는 백색지방세포와 에너지를 소비하며 열을 생성하는 갈색·베이지 지방세포로 나뉜다. 베이지 지방세포는 백색지방세포에서 유래하여 운동이나 추위 자극을 받으면 갈색지방세포와 유사한 특성을 갖게 된다. 이는 대사질환 치료에 있어 유망한 표적으로 주목받아 왔다.

지금까지 연구는 대부분 전사 단계, 즉 유전자가 RNA로 복사되는 초기 단계에만 주로 집중해왔다 실제 단백질을 생성하는 번역 단계나 단백질 자체에 대한 포괄적 분석은 미흡한 실정이었다.

이에 연구진은 동일 조건에서 획득한 전사체·번역체·단백체 데이터를 통합적으로 분석하는 ‘다중체 분석’ 기법을 도입해 지방세포 분화 과정에서 유전자 번역과 세포 대사가 유기적으로 어떻게 조절되는지 추적했다.

연구진은 먼저 세포 내 에너지 생산의 핵심 기관인 미토콘드리아에서 일어나는 단백질 번역 조절 과정을 분석했다.

그 결과는 열을 생성하는 베이지 지방세포가 자신의 대사적 특성에 맞춰 미토콘드리아 복합체 구성을 조정하고 있으며, 이러한 조절이 단백질 합성 단계에서 정밀하게 이루어진다는 것을 시사한다.

연구팀은 지방세포가 분화하는 동안 대사 조절에 의한 글루탐산(glutamic acid) 감소로 인해 해당 아미노산을 다량 함유하는 단백질들의 번역이 억제됨을 발견했다.

조준 GIST 교수는 “지방세포 분화 과정의 대사 물질이 유전자 번역 조절에 직접 관여할 수 있다는 가능성을 분자 수준에서 실험적으로 입증한 첫 사례”라며 “이는 지방세포 및 조직 생성이라는 복잡한 생명현상 속에 대사와 유전자 번역 조절이 독립적이고 분리된 것이 아니라 능동적으로 서로 관여함을 보여준 것”이라고 설명했다.

이미혜 순천향대 교수는 “이번 연구는 지방세포 대사와 연관된 유전자 조절이 전사뿐 아니라 번역 단계에서도 정교하게 이루어진다는 점을 입증한 의미 있는 성과”라며 “지방세포 분화에 있어 다층적인 조절 구조의 중요성을 밝혔다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 9일 온라인 게재됐다.