세포가 스스로 살아가기 위한 전략 - 오토파지(Autophagy)

자가포식 / 오토파지/ Autophagy

스스로 (Auto-) 먹는다 (-Phagy)가 합쳐진 그리스어.

Autophagosome과 Lysosome이 결합하고 있는 현상 (사진 출처: https://www.britannica.com/science/autophagocytosis)

 

<오토파지란?>

우리 몸은 약 60조개의 세포로 구성되어 있다. 이 세포안에서는 다양한 대사활동이 일어나는데, 이 과정에서 misfolded proteins나 기능이 저하된 소기관들, 노폐물과 같은 쓰레기들이 생긴다.  이것들이 계속 세포 내에 계속 쌓인다면 세포는 결국 죽는다. 이 때,  이 쓰레기들을 분해하여 재활용 할 수 있게 만드는 과정이 오토파지이다.

즉, 세포가 스스로 생존하기 위한 몸부림이다.

 

<오토파지의 발견>

오토파지는 처음에 벨기에 과학지 Christian du Duve에 의해서 알려졌다. 그는 1960년대 mitochondria 등 세포 소기관이 이중막으로 둘러 쌓인 것을 발견하고 이것을 autophagic vacuole이라고 명명했다. 

후에 1992년 일본 오스미 요시노리 교수가 효모 내에 이루어지는 오토파지 과정을 발견하였으며, 이듬 해에는 효모에서 오토파지에 관여하는 유전자 15개를 발견하였다. 요시노리 교수는 오토파지 연구로 2016년 노벨 생리의학상을 수상하였다.

그 후, 세계 많은 과학자들이 오토파지 연구에 매진하고 있다.

 

<오토파지가 진행되는 일반적인 (canonical) 과정>

소포체 (endoplasmic reticulum; ER) 에서 유래한 autophagic vacuole이  phagophore를 형성하여 세포내에 불필요한 소기관이나 단백질을 둘러싼다.

이것을 autophagosome이라 하며, 다양한 autophagy related-genes (ATGs)이 관여한다. 

세포 내 분해 역할을 담당하는 lysosome과 autophagosome이 결합하여 autolysosome이 형성되고, lysosome 역할에 의해 불필요한 물질이 분해된다.

간단하게 도식화한 오토파지 과정 (그림 출처: https://www.tebu-bio.com/blog/2016/11/10/how-to-activate-or-inhibit-autophagy/)

 

<오토파지와 질병>

세포 내에 오토파지가 일어나지 않으면 변형된 단백질, 기능 저하 소기관 등 쓰레기들이 쌓여 세포의 항상성이 무너져 여러 질병을 일으킬 수 있다. 여러 질병과 오토파지의 연관성은 학계에 보고가 많이되어 있다. 암, 파킨슨병, 알츠하이머병 등의 연구 결과가 발표되었다. 

암과 오토파지의 연관성은 두가지로 나뉜다. 오토파지가 암세포의 생존과 증식을 더 증가시키므로 오토파지를 억제하는 것이 암치료에 전략이 된다는 연구결과가 있고, 반대로 오토파지가 암세포의 전이능을 억제시키므로 오토파지를 촉진시키는것이 암치료에 전략이 될 수 있다는 연구결과도 있다. 

뇌 신경세포와 오토파지 연관성에도 연구가 활발한데, 뇌 신경세포의 오토파지 기능이 제대로 작동하지 못하면 뇌에 불필요한 물질이나 불량 미토콘드리아에 의한 활성산소 등이 쌓여서 파킨슨병을 촉진한다는 연구결과가 보고된 바 있다.

 

오토파지에 대한 연구가 깊이 이루어진지 오래되지 않았다. 유수의 연구진들이 오토파지와 여러 질병들의 연관성을 밝히고 있는 중이다. 앞으로의 연구가 더욱 기대된다.