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세포가 스트레스를 받을 때 살아남을지, 스스로 죽을지를 결정하는 유전자 조절 원리가 새롭게 밝혀졌다.

연세대 의대 열대의학교실 김형표 교수와 연세의생명연구원 주정식 조교 연구팀은 세포 스트레스 반응의 핵심 조절 단백질인 ATF4와 CHOP이 유전자 조절 부위인 ‘인핸서’를 활성화하고, 인핸서와 유전자 사이의 입체적 연결을 형성해 세포 운명 결정에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다고 10일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 Nucleic Acids Research(IF 15.0)에 게재됐다.

세포는 영양 부족, 염증, 독성 물질 등 다양한 원인으로 스트레스를 받으며, 특히 단백질을 접고 정리하는 기관인 소포체에 문제가 생기면 ‘소포체 스트레스’가 발생한다. 이때 세포는 먼저 손상된 기능을 회복하기 위한 방어 체계를 가동하지만, 스트레스가 심하거나 장기화되면 스스로 사멸을 선택한다. 이러한 반응은 암, 당뇨병, 퇴행성 뇌질환, 간질환 등 다양한 질환과 밀접하게 연관돼 있다.

연구팀은 기존의 유전자 발현 분석을 넘어, 유전자 조절 부위 활성과 단백질 결합, 핵 안에서 형성되는 유전자-조절 부위 간 3차원 연결을 종합적으로 분석했다. 그 결과 ATF4 단백질이 스트레스 상황에서 유전자 조절 스위치를 켜고 유전자와 연결을 만드는 중심 역할을 하며, CHOP은 그중 세포 사멸 관련 유전자의 작동을 강화하는 기능을 한다는 점을 확인했다. 반면 세포 생존에 필요한 일부 유전자는 CHOP 없이도 ATF4에 의해 작동했다.

또한 연구팀은 유전자 조절 스위치를 직접 억제하는 실험과 세포핵 내 입체적 연결을 영상으로 측정해, 유전자와 조절 스위치의 물리적 근접성이 실제 유전자 작동에 필수적임을 입증했다.

김형표 교수는 “세포가 같은 스트레스 신호를 받아도 서로 다른 운명을 선택하는 이유를 유전체의 입체 구조 관점에서 설명한 연구”라며 “향후 암과 같은 질환에서는 사멸 반응을 촉진하고, 반대로 세포 보호가 필요한 질환에서는 생존 반응을 강화하는 치료 전략 개발에 기초 자료가 될 것”이라고 말했다.
 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구 및 바이오·의료기술개발사업, 연세대학교 의과대학 SCL 교내연구비 지원으로 수행됐다.