■ 핵심단백질자원센터, 뇌세포 기능까지 해치는 '단백질 흡착 미세플라스틱' 유해성 밝혀
■ 기영훈 교수팀, 사람 세포의 DNA 손상 복구 과정에서 새로운 경로 발견
[프라임경제] DGIST(총장 이건우) 핵심단백질자원센터 최성균(바이오메디컬연구부 책임연구원)센터장, 유우경 교수(뇌과학과) 연구팀이 체내에 유입된 미세플라스틱이 생체 단백질과 결합해 뇌세포의 기능을 교란하고, 이로 인해 신경독성 물질로 작용할 수 있음을 규명했다.
특히 이번 연구는 '단백질 흡착 미세플라스틱'이 체내에서 생물학적 특성을 변화시키며 염증반응 및 세포 기능 교란을 일으키는 과정을 단백체 분석 기반으로 정밀하게 입증했다.
플라스틱은 현대 생활에 필수적인 소재지만, 낮은 재활용률로 인해 상당량이 환경 중에 유출되며 미세플라스틱으로 변한다. 미세플라스틱은 공기, 물, 음식 등을 통해 인체에 유입되며, 체내에 머물면서 다양한 생리적 기능에 악영향을 미칠 수 있다는 우려가 커지고 있다.
특히, 그 크기와 화학적 특성으로 인해 생체 단백질과 쉽게 결합할 수 있으며, 이로 인해 기존과는 전혀 다른 형태의 생물학적 반응을 유도할 가능성이 제기되어 왔다.
그러나 지금까지는 '플라스틱 자체의 독성'에 대한 연구가 주를 이뤘고, 실제 생체 내 환경에서 단백질과 결합한 상태의 미세플라스틱, 즉 '단백질 흡착 미세플라스틱'이 인체에 미치는 영향에 대해서는 실질적이고 구체적인 연구가 거의 이루어지지 않았다.
이에 연구팀은 미세플라스틱이 단백질과 결합해 어떤 방식으로 세포 기능을 변화시키는지에 대해 정밀한 단백체 수준의 분석을 통해 접근했다.
연구팀은 먼저 마우스의 혈청을 미세플라스틱과 함께 처리해 단백질이 흡착된 상태의 미세플라스틱을 형성한 후, 이를 마우스 뇌 유래 신경세포 및 인간 미세아교세포에 처리해 생체 반응을 분석했다.
그 결과, 단백질이 흡착된 미세플라스틱은 세포 내 단백질 합성, RNA 가공, 지질 대사, 물질 수송 등 생명 유지에 필수적인 기능을 광범위하게 교란하는 것으로 확인됐다. 이는 단순한 물리적 자극을 넘어, 세포 수준에서의 본질적인 기능 손상을 유발함을 의미한다.
특히 혈청 단백질이 흡착된 미세플라스틱은 염증 유전자 발현을 유도하고, 세포 신호 전달과 생리 기능을 저해하며, 지속적으로 체내에 축적될 경우 신경독성 물질로 작용할 수 있는 가능성을 보여줬다.
이는 '플라스틱 자체보다 단백질과 결합한 미세플라스틱이 더 큰 생물학적 위해성을 지닌다'는 사실을 시사하며, 향후 미세플라스틱 위해성 평가에 있어 전혀 새로운 관점을 제시하는 중요한 연구 결과다.
최성균 센터장은 "이번 연구를 통해 미세플라스틱이 생체 내 단백질과 상호작용하여 새로운 생물학적 특성을 갖게 되고, 특히 뇌세포의 기능을 교란해 신경독성 물질로 작용할 수 있음을 규명했다"며 "이는 미세플라스틱의 위해성을 평가하는 새로운 관점을 제시하는 결과로, 향후 미세플라스틱 연구에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.
한편, 본 연구는 DGIST 기관고유 사업 (과제책임자 : DGIST 최성균 책임연구원)과 한국연구재단 성장형 박사후국내연수지원사업(성장형 포닥과제, 과제책임자 : DGIST 김희연 연구원)의 지원을 받아 수행됐으며, DGIST 뇌과학과 Janbolat Ashim 박사과정생, 지상호 박사, 핵심단백질자원센터 김희연·바이오메디컬연구부 이승우 연구원이 제1저자로, DGIST 바이오메디컬연구부 최성균 책임연구원과 뇌과학과 유우경 교수가 교신저자로 참여했다.
■ 기영훈 교수팀, 사람 세포의 DNA 손상 복구 과정에서 새로운 경로 발견
암의 발생과 치료 저항성을 이해하는 데 실마리 제공
DGIST는 뉴바이올로지학과 기영훈 교수 연구팀이 사람 세포 내에서 DNA 손상이 복구되는 새로운 경로를 규명했다.
이번 연구에서는 세포 내 핵막에 존재하는 단백질이 손상된 DNA와 직접 상호작용하며, DNA 복구를 돕는 신호 경로의 일부라는 사실이 처음으로 밝혀졌다.
이로써 암 치료에 중요한 DNA 복구 메커니즘을 보다 명확히 이해할 수 있게 되었으며, 향후 암세포의 치료 저항성을 극복하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
DNA는 세포의 생명 활동을 조절하는 중요한 유전정보를 담고 있지만, 방사선이나 화학물질 등에 의해 쉽게 손상될 수 있다.
특히 '이중가닥 절단(DSB)'이라 불리는 심각한 손상은 제대로 복구되지 않으면 세포가 죽거나 암으로 발전할 수 있다. DSB 복구는 암세포의 증식을 막는 중요한 방어기전이지만, 반대로 암세포가 이 복구 능력을 악용하면 항암제에 대한 저항성이 생기기도 한다.
기영훈 교수팀은 이번 연구에서, 손상된 DNA가 세포핵의 핵막에 위치한 '핵공복합체(NPC)'라는 구조물의 단백질에 존재 한다는 사실을 발견했다.
이는 DNA가 손상되면 세포 내에서 특정 위치로 이동해 복구에 필요한 단백질과 상호작용한다는 것을 보여주는 중요한 단서다. 그동안 효모나 초파리 같은 생물에서는 이러한 이동이 보고된 바 있으나, 사람 세포에서도 동일한 현상이 일어남을 처음으로 증명한 것이다.
연구팀은 또한 손상된 DNA가 핵막 단백질과 결합해 복구 과정을 시작하며, 이 상호작용에 필수적인 단백질 부위도 함께 규명했다. 이는 향후 DNA 손상 복구 기전을 조절하거나, 암세포의 복구 능력을 억제하는 새로운 항암 치료 전략으로 이어질 수 있을 것으로 보인다.
기영훈 교수는 "이번 연구는 사람 세포의 DNA 복구 경로를 새롭게 밝혀낸 중요한 성과로, 암의 발생과 치료 저항성을 이해하는 데 실마리를 제공한다"며 "핵막 단백질과 DNA의 상호작용 메커니즘은 향후 항암제 개발에도 기여할 수 있을 것"이라고 설명했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자과제의 지원을 받아 수행했으며, 울산과학기술원(UNIST) 명경재 교수팀과 미국 뉴욕대 의과대학 Michele Pagano 교수팀이 공동으로 참여했다. 연구결과는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, IF 9.4)에 게재됐다.
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