체내 지방산이 암세포 성장 억제…"천연 브레이크 역할"

식물성 기름 등에 함유된 지방산이 암세포 성장을 억제하는 '천연 브레이크' 역할을 한다는 사실이 입증됐다. 체내 지방산이 대사하는 과정에서 만들어진 지질 대사물질 '13-HODE(13-Hydroxyoctadecadienoic acid)'가 암세포 성장의 핵심 조절 인자 엠토르(mTOR)의 활성을 억제하는 구조다.

(왼쪽부터) 김세윤 KAIST 교수, 변영주 고려대 교수. KAIST

KAIST는 생명과학과 김세윤 교수 연구팀과 고려대 약학대학 변영주 교수 연구팀이 이 같은 사실을 세계 최초로 입증, 차세대 항암 치료 전략 개발 가능성을 제시했다고 2일 밝혔다.

엠토르는 세포의 성장과 에너지 사용을 조절하는 등 생체 반응을 돕는 단백질이다. 하지만 암세포에서는 엠토르가 비정상적으로 활성화(증가)돼 세포 증식과 전이를 촉진하는 것으로 알려졌다. 같은 이유로 세계 각지에서는 엠토르를 제어하기 위한 항암 치료 연구가 활발하게 진행되는 중이다.

연장선에서 공동연구팀은 엠토르와 결합 가능한 물질 중 체내에서 자가 생성되는 천연 대사물질에 주목해 방대한 대사체 스크리닝(생체 내 대사물질을 대량 분석하는 기술)으로 13-HODE를 발굴했다.

또 13-HODE가 체내에서 변화하는 과정에서 생기는 지질 대사물질이 엠토르의 활성 부위에 직접 달라붙어 암세포 성장을 멈춘다는 것을 밝혀냈다.

13-HODE 분자는 식물성 기름 등에 함유된 리놀레산(필수 불포화지방산)이 체내에서 대사하는 과정에서 생성된다. 지방산 산화 반응을 유도하는 효소 'ALOX15'가 리놀레산을 산화시킬 때 13-HODE를 만드는 구조다.

리놀레산에서 유래된 13-HODE가 엠토르에 직접 달라붙어 암세포 성장을 억제하는 과정의 도식화 자료. KAIST

연구의 핵심은 13-HODE가 암을 억제하는 효능을 가졌다는 것을 입증하는 데 그치지 않고, 13-HODE가 엠토르와 물리적으로 직접 결합해 엠토르의 기능을 원천적으로 차단하는 분자 기전(생체 내 작동 원리)을 규명했다는 점이다.

공동연구팀은 이 같은 작용을 컴퓨터 기반의 분자 상호작용 분석(분자 결합 시뮬레이션)과 분자의 질량과 구조 분석(질량분석) 등을 거쳐 검증했다.

검증하는 과정에선 유방암과 대장암 세포에서 13-HODE 농도가 매우 낮다는 점도 확인됐다. 이는 13-HODE 생성에 필요한 ALOX15 효소의 발현(유전정보가 실제 단백질로 만들어지는 과정)이 감소했기 때문으로 해석된다.

이를 기반으로 공동연구팀은 ALOX15와 13-HODE의 생성을 증가시키면 엠토르 활성이 감소하고, 암세포 성장도 억제된다는 사실을 추가적으로 입증했다.

김 교수는 "이번 연구의 성과는 인체 내 지방 대사물질이 엠토르를 직접 억제하는 '천연 브레이크' 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는 점"이라며 "공동연구팀이 밝혀낸 천연 브레이크 역할은 향후 지방 대사를 활용한 새로운 항암 치료 전략 수립과 엠토르의 과활성화를 조절할 치료제 개발에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

변 교수는 "생명과학과 약학을 융합한 이번 연구로 단백질과 지방산 대사체의 상호작용이 분자 수준에서 규명됐다"며 "연구 결과는 향후 신약을 개발하는 데 중요한 기반이 될 것"이라고 말했다.

저널 Cell Chemical Biology 5월호 표지 논문. KAIST

한편 이번 연구에는 KAIST 생명과학과 박승주 박사, 김세라 박사과정 학생이 공동 제1 저자, 김 교수와 변 교수가 공동교신저자로 참여했다. 또 KAIST 생명과학과 김미영 교수, 가천대 의과대학 오병철 교수, 미국 메릴랜드대 약학대학 패트릭 윈트로드(Patrick Wintrode)·다니엘 데레지(Daniel Deredge) 교수 연구진이 연구에 동참했다.

연구 결과는 지난달 21일 화학생물학 분야 국제 학술지 '셀 케미컬 바이올로지(Cell Chemical Biology)'에 지난 5월 21일 게재된 동시에 저널 5월호 표지 논문으로도 선정됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr