충남대학교 생화학과 김기광 교수팀이 체내 칼슘 불균형이 근육 재생을 억제하고 근육 약화를 유발하는 구체적인 분자 기전을 규명함은 물론, 이를 바탕으로 근육 재생을 회복시킬 수 있는 새로운 치료 표적을 제시했다.

이번 연구는 충남대 생화학과 이상수 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 충남대 김기광 교수팀, 계명대 최선경 교수팀, 서울여대 김은미 교수팀이 공동 연구를 수행했다.
 

▲ 충남대 김기광 교수팀 [사진=충남대 제공]

골격근은 손상 이후 근육 재생 세포의 증식과 분화가 순차적으로 이뤄지면서 재생되며, 두 과정 사이의 정밀한 조절이 정상적인 근육 재생에 중요하다. 

특히 노화나 질병 과정에서 나타나는 세포 내 칼슘 과부하는 근 기능 저하를 일으키는 주요 요인으로 알려져 왔으나, 근육 재생에 어떤 영향을 미치고 어떤 분자 기전을 통해 재생을 방해하는지는 명확하게 밝혀지지 않았다.

이에 공동 연구팀은 근육으로 분화하는 ‘근아세포’에 주목해 칼슘 조절 이상이 근육 재생 과정에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과 세포 내에 만성적으로 칼슘이 과부하되면 칼슘 의존성 전사 인자인 NFATc1이 지속적으로 과도하게 활성화되고, 이로 인해 근아세포의 증식에서 분화로의 전환이 정상적으로 이뤄지지 않는다는 사실을 밝혀냈다.

연구팀은 유전자 분석과 다양한 질병 모델을 통해 이른바 ‘칼슘-NFAT-증식 정체’ 기전이 여러 근육 조직에서 공통적으로 작동한다는 사실도 확인했다. 이는 만성적인 칼슘 과부하가 근육 재생을 저해하는 공통적인 분자 기전으로 작용할 가능성을 보여준다.

특히, 연구팀은 NFAT 신호 전달을 선택적으로 억제하는 ‘VIVIT 펩타이드’를 적용해 칼슘 과부하로 인해 정체됐던 근육 분화가 정상적으로 회복되고, 근육 재생이 유의미하게 촉진되는 것을 동물 모델에서 확인했다. 

또한 VIVIT 펩타이드가 손상된 근육의 염증 반응에는 영향을 주지 않으면서 칼슘 과부하로 억제된 근육 분화 과정만 선택적으로 회복시키는 것으로 나타나, 치료 표적으로서의 가능성을 제시했다.

이번 연구는 그동안 명확히 밝혀지지 않았던 세포 내 칼슘 조절 이상과 근육 재생 능력 저하 사이의 분자적 연관성을 규명했다는 점에서 의미가 있다. 특히 칼슘-NFAT 신호 경로를 조절함으로써 근육 재생 저하를 회복할 수 있음을 제시함으로써, 고령화에 따른 근감소증과 골다공증이 함께 나타나는 ‘골-근감소증(Osteo-sarcopenia)’의 새로운 치료 전략 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

김기광 교수는 “이번 연구를 통해 세포 내 칼슘 조절 이상이 근육 재생 능력 저하로 이어지는 구체적인 분자 기전을 규명할 수 있었다”며 “특히 칼슘-NFAT 경로를 조절해 칼슘 과부하로 억제된 근육 재생을 회복할 수 있음을 확인한 만큼, 향후 근감소증과 골-근감소증의 새로운 치료 표적을 발굴하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 의생명과학 분야 국제학술지이자 네이처 포트폴리오(Nature Portfolio) 저널인 ‘익스페리멘털 앤드 몰레큘러 메디슨(Experimental & Molecular Medicine)’에 게재됐다. 

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com