김성진 메드팩토 대표 이끄는 길로, 골관절질환 치료 새지평 열었다

국내 연구진이 고령화 시대 만성 난치성 골관절질환인 골다공증, 류마티스 관절염 등 다양한 연골·뼈 손실을 치료하기 위한 연구에 중요한 역할을 할 수 있는 새 단백질을 발견했다.

김성진 메드팩토 대표가 연구소장을 겸임하는 재단법인 길로연구소(이하 길로)는 연세대학교, 일본 츠쿠바대학교, 테라젠이텍스, 메드팩토와 공동연구를 통해 'MAST4' 단백질이 중간엽 줄기세포(MSC, Mesenchymal Stem Cell)의 연골 및 뼈 세포 분화를 결정하는 핵심 단백질이란 사실을 세계 최초로 규명했다고 14일 밝혔다.

이 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 학술지 '네이처'(Nature)의 온라인 자매지 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications, IF: 17.694) 7월호에 게재됐다.

중간엽 줄기세포의 연골 및 뼈 분화는 Sox9, Runx2와 같은 핵심 전사 인자, 그리고 TGF-beta, Wnt/beta-catenin 신호 전달 체계에 의해 정교하게 조절되는 것으로 알려졌다. 하지만 개별 분화의 방향을 결정하는 핵심 요소에 대한 연구는 부족하다. 실제 세포 치료로 구체적으로 응용하는 데 어려움이 있다.

길로 연구진은 MAST4 단백질이 중간엽 줄기세포의 연골 분화를 억제하는 반면 뼈 분화는 촉진한 사실을 확인했다. MAST4 단백질이 없으면 중간엽 줄기세포가 연골세포로 분화하고, MAST4 단백질이 많아지면 골세포로 분화한다는 사실을 세계 최초로 증명했다.

길로 연구진은 기능이 잘 알려지지 않은 인산화 효소 MAST4 단백질이 연골 분화 과정에서 TGF-beta 신호전달에 의해 억제되는 것을 발견했다. MAST4 단백질은 연골 세포 분화와 연골 재생에 핵심적인 역할을 하는 Sox9 단백질에 작용해 분해를 유도한다. MAST4를 겹핍시키면 SOX9 단백질이 분해되지 않고 양이 많아져 연골을 구성하는 대부분의 단백질 유전자 발현을 현저하게 늘리는 것을 생쥐의 연골 내골화 과정(Endochondral ossification)을 통해 확인했다.

연구팀은 MAST4 단백질이 결핍된 줄기세포를 생쥐의 피하에 접종 이식했을 때 중간엽 줄기세포의 연골 분화 및 생성이 촉진되는 것도 확인했다. 또 토끼의 연골 손상 치료 모델에서 MAST4 단백질이 결핍된 인간 유래 골수세포를 이식했을 때 손상된 연골 조직을 완벽하게 재생한다는 사실도 확인했다.


길로 연구진은 이 연구로 TGF-beta와 Wnt 신호 전달의 중심 매개체인 MAST4 단백질을 발견하고 뼈 연골 분화 과정의 연결 관계를 새롭게 풀어냈기 때문에 향후 골관절질환의 치료에 상당히 기여할 것으로 기대했다.

길로 연구진은 특히 중간엽 줄기세포는 면역원성이 낮아 자가 또는 상동의 세포를 모두 사용할 수 있어 세포 확보가 용이하다고 설명했다. 유전자 가위로 간단히 MAST4 단백질의 유전자를 제거한 뒤 이식하면 되기 때문에 연골 재생의 획기적인 치료가 될 가능성이 높다고 예상했다.

김성진 길로 연구소장은 "MAST4 단백질은 중간엽 줄기세포의 분화 방향을 결정하는 인자"라며 "MAST4 단백질이 TGF-beta 및 Wnt 신호 전달을 매개하는 것을 새롭게 발견함으로써 퇴행성 관절염 및 골다공증 등 다양한 골관절질환에 효과적인 세포 치료 기술을 개발하기 위한 기반을 마련했다"고 말했다.