'Pin1' 효소, 세포의 신호전달체계에서 암 근본 치료

생명체를 이루는 수많은 세포들은 세포 내외부에서 신호전달체계를 통해 정보를 교환하고 생리현상을 조절하고 있습니다.

특히 암이나 우울증, 면역질환, 퇴행성질환 등 많은 질병들이 세포신호전달과 밀접하게 연관되어 있어, 세포신호전달 체계의 기능 연구와 신호전달 조절을 통한 질병 치료제 연구가 매우 활발히 진행되고 있습니다.

그동안 세포 신호전달체계에서 단백질이 인산화됨에 따른 단백질 활성의 변화는 인산화로 인해 단백질 구조가 변하면서 일어나는 것으로 알려져 왔습니다.

그러나 구체적으로 그 구조변화가 어떻게 일어나는지, 그리고 인산화 자체로 충분한지에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 상태였습니다.

□ 한국생명공학연구원(KRIBB) 단백체의학연구센터 박병철 박사팀이 중앙대 약학대학 조사연 교수팀과 공동으로 세포의 사멸 및 증식과 관련된 신호전달체계에서 'Pin1' 효소(프롤릴 이성화효소)가 신호전달 활성화에 핵심 역할을 한다는 사실을 규명했습니다.

공동 연구팀은 최근 들어 인산화된 단백질에 작용하는 효소들이 발굴되었고, 그 중 대표적인 것이 Pin1 단백질인 것을 바탕으로 세포신호전달체계 중 매우 중요한 JNK 신호전달체계가 Pin1에 의해 조절되는지를 연구했습니다.

JNK 단백질은 활성산소나 자외선과 같은 외부 세포자극을 인식하여 세포의 염증반응을 조절하는 단백질로, JNK 단백질이 활성화되어야 이후의 후속 신호전달체계가 진행되는 고등 동물세포의 대표적 신호전달체계입니다.

연구팀은 JNK 신호전달체계에서 인산화된 JNK 단백질에 Pin1 효소가 결합함으로써 구조를 변화시키고 이를 통해 JNK 단백질의 활성이 극대화됨을 밝혀냈습니다.

연구 결과 우선 JNK 단백질의 인산화 자체만으로는 충분한 JNK 단백질 활성을 나타내지 않았고, 또한 인산화된 JNK 단백질의 활성이 극대화되기 위해서는 Pin1 효소가 JNK의 인산화된 부위에 결합하여 단백질 구조 변화를 유발시켜야 함을 증명했습니다.

이번 연구결과를 통해 JNK 단백질이 활성화되기 위해서는 인산화뿐만 아니라 Pin1에 의한 단백질 구조변화가 유도되어야 함을 보여 신호전달체계의 활성기작에 중요한 단서를 제공했습니다.

Pin1 및 JNK 단백질은 암, 알츠하이머와 같이 세포의 사멸과 증식, 노화 등과 관련된 질병에 중요한 영향을 미치는 단백질로서, 이들 간의 새로운 기능규명을 통해 관련 질병의 발생 및 억제, 치료제 개발에 중요한 정보를 제공하고 있습니다.

또 앞으로 pin1을 적절히 조절할 수 있다면 면역질환, 노화, 암, 치매와 같은 주요 질환을 근원적으로 치료할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

연구결과는 세포학 분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 미국 학술지인 '세포 사멸과 분화(Cell Death & Differentiation)'에 1월 10일자에 게재되었습니다.
(논문명 : A critical step for JNK activation: isomerization by the prolyl isomerase Pin1)

 

<pin1에 의해 jnk1이 활성화되어 신호전달이 가속화되는 모식도>
jnk1의 활성은 인산화(?)에 의해 부분적으로 활성화되지만 pin1에 의해 완전히 활성화 되어야만 신호전달이 가속화되어 p53, smad4, jun과 같은 세포내 다음 단계 신호전달이 이루어짐을 밝힘

  용  어  설  명

JNK : 
c-Jun N-말단 인산화효소의 약자로 세포내 jun 단백질의 세린(ser) 부분을 인산화 시키는 효소로 활성산소나 UV 같은 세포자극을 인식해서 세포의 염증반응을 조절하는 중요한 단백질. T세포분화와 세포사멸에도 관여함

JNK 신호전달체계 :
JNK 단백질은 활성산소나 자외선(UV)과 같은 외부 세포자극을 인식하여 세포의 염증반응을 조절하는 단백질로서, JNK 단백질이 활성화되어야 이후의 후속 신호전달체계가 진행됨. 일반적으로 고등 동물세포에서 일어나는 대표적인 신호전달체계임

pin :
Pin 1, or peptidyl-prolyl cis/trans isomerase (PPIase), 오직phospho-Serine/Threonine-Proline 부위를 이성화시킴. 인산화 신호전달체계를 조절하는 key 효소로 억제하면 암과 치매를 일으킴. 암은 물론이고 면역질환에 관여함

이성화효소(isomerase) :
화학적인 변화없이 대상을 구조적 이성질체로 변화시켜주는 효소. 탄수화물의 경우 포도당을 과당으로 바꿔주는 포도당이성화 효소가 대표적인데 단백질의 구조를 바꾸어 기능을 조절하는 Pin1, PDI 등이 여기에 속한다

단백질 인산화 :
세포내 단백질에 인산기가 붙는 것을 뜻하며, 단백질에 인산기가 붙거나 떨어짐에 따라 세포신호를 전달하는 단백질의 기능이 활성화되거나 불활성화됨.

<박병철 박사> ○1962년생 ○주요 학력   1981～1985   전남대학교 생물학 (학사)   1985～1987   KAIST 생명공학 (석사)   1990～1995   KAIST 생명과학 (박사) ○주요 경력   1987～1996   KIST 유전공학센터 선임연구원   1997～2000   미국 국립보건원 연구원   2000～현재   한국생명공학연구원 책임연구원   2002～2008   지능형생물정보사업단장   2008～2011   한국생명공학연구원 의과학연구본부장   2011～현재   보건복지부지정 면역질환단백체센터장   2011～현재   환경부 전략위원회 위원 ○연구분야  ㅇ 암 및 면역질환  ㅇ 단백체, 세포신호전달 ○주요 연구업적  ㅇ 인체 및 동물, 미생물 단백체분석 20여건 발표  ㅇ 세포신호전달 및 사멸 조절 논문 40여건 발표  ㅇ 질환 기작과 조절 논문 20여건 발표