공과대학

신소재공학부 원병묵 교수 연구팀, 골지체 노화 메커니즘 규명

- 세포 내 신호 및 후성 유전 조절 교란의 원인 밝혀

▲(왼쪽부터)신소재공학부 원병묵 교수, 소피아 브리토 박사

신소재공학부 원병묵 교수 연구팀이 세포 노화 과정에서 골지체의 변화를 관찰하고, 그 원인이 ‘아연 항상성 변화’에 있음을 규명하였다. 연구 결과는 발달 생물학 분야 최고 권위 학술지인 Developmental Cell에 2025년 1월 6일 온라인판에 게재되었다.

우리 신체는 하나의 세포에서 시작해 성장하고 노화되는 발달 과정을 거친다. 현재 세계적으로 고령화가 빠르게 진행됨에 따라, 노화 관련 질환 해결을 위한 혁신적인 연구가 요구되고 있다. 이번 연구는 세포가 노화하면서 외부 신호에 점차 반응하지 못하는 현상의 원인을 규명하는 중요한 성과를 거두었다.

연구팀은 세포 내 소기관인 ‘골지체 노화’를 처음으로 관찰하고, 그 원인이 ‘아연 항상성 변화’임을 밝혀냈다. 이를 통해 노화가 생체 분자들이 열역학 제2법칙을 따라 움직이는 필수적이고 비가역적인 과정임을 제안하였다.

▲노화 과정에서 아연 결핍이 골지체와 상호 작용하는 기전

인간의 세포는 끊임없이 대사를 진행하는데, 이 과정에서 다양한 세포 내 물질의 무질서도가 증가한다. 필수 미네랄인 ‘아연’의 무질서도 역시 증가하며, 세포 노화가 진행됨에 따라 단백질에 균등하게 분포해야 할 아연이 불규칙하게 변화한다. 이로 인해 세포 내 아연 결핍 영역과 아연 과잉 영역이 증가하며, 특히 골지체의 아연 결합 단백질에서 발견되는 불균형한 아연 분포가 ‘골지체 노화’를 촉진한다.

골지체 노화가 진행되면, 골지체에서 생성되는 세포 내 물질의 이동 통로인 ‘미세소관’ 구조가 붕괴된다. 또한, 다양한 외부 신호를 전달하는 단백질 운반체가 정상적인 위치로 이동하지 못하면서 세포 대사 조절이 불가능해지고, 다양한 노인성 질환을 유발하며 최종적으로 세포 사멸에 이르게 된다.

이번 연구는 골지체 노화 제어가 노인성 질환 예방과 건강 수명 연장을 위한 중요한 연구 주제임을 시사한다. 기존의 피부 노화 연구가 주로 콜라겐 생성 유도에 집중되었던 반면, 앞으로는 골지체 노화를 억제하는 새로운 항노화 전략이 주목받을 것으로 기대된다.

본 연구는 한국연구재단(NRF), 한국보건산업진흥원(KHIDI), 치매 극복 연구개발사업(KDRC), 보건 의료 기술 연구개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

※ 논문명: Age-associated interplay between zinc deficiency and Golgi stress hinders microtubule-dependent cellular signaling and epigenetic control

※ 저널: Developmental Cell(IF: 10.7)

※ DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.12.024