초록 ▼

□ 연구개요
미토콘드리아가 세포내공생을 시작한 이래 세포 안에서 미토콘드리아의 기능을 유지관리하기 위하여 손상된 미토콘드리아를 이중막으로 둘러싸서 자가포식체를 만들고 lysosome으로 전달하여 제거하는 mitophagy 과정은 가장 단순한 진핵세포인 효모로 부터 인간까지 공유하는 중요한 품질관리 기전으로 본 연구진에서 다년간 연구하던 주제이다. 일견 단순해 보이는 mitophagy 과정은 자가포식체 안에 포집된 미토콘드리아가 세포외로 분비된다는 사실이 알려지면서 새롭게 주목받기 시작했다. 본 연구과제를 통하여 미토콘드리아의

□ 연구개요
미토콘드리아가 세포내공생을 시작한 이래 세포 안에서 미토콘드리아의 기능을 유지관리하기 위하여 손상된 미토콘드리아를 이중막으로 둘러싸서 자가포식체를 만들고 lysosome으로 전달하여 제거하는 mitophagy 과정은 가장 단순한 진핵세포인 효모로 부터 인간까지 공유하는 중요한 품질관리 기전으로 본 연구진에서 다년간 연구하던 주제이다. 일견 단순해 보이는 mitophagy 과정은 자가포식체 안에 포집된 미토콘드리아가 세포외로 분비된다는 사실이 알려지면서 새롭게 주목받기 시작했다. 본 연구과제를 통하여 미토콘드리아의 세포외분비과정을 조절하는 새로운 분자적 기전을 규명하고 분비된 미토콘드리아의 생리적 기능 중 하나로서 선천면역유도를 제안하고 이 전체과정이 노화 및 퇴행성 뇌질환과 연관될 수 있는 가능성을 제시하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 미토콘드리아의 세포외분비 과정에 대한 세포모델 및 동물모델을 구축
● HDAC6 KO 세포와 생쥐 모델을 확보하고 미토콘드리아 세포외분비 과정이 억제되어 있음을 확인 함.
● 미토콘드리아 DNA 손상에 관여하는 p32 KO 세포모델과 HDAC6와 결합하는 HDAC10 KO 세포와 생쥐 모델을 추가로 확보함
2. 미토콘드리아 세포외분비 조절기전 규명
● HDAC6에 의한 cortactin의 탈아세틸화에 의해 미토콘드리아 세포외분비 기전이 작동함을 보이고 HDAC6 또는 cortactin의 발현 억제시 손상 미토콘드리아의 세포내 축적이 일어남을 확인함.
● HDAC6 모델을 사용하여 미토콘드리아 세포외분비 억제시 손상 미토콘드리아 DNA가 세포질로 유출되어 선천면역반응이 TBK1-NFkB 신호전달로 염증반응을 유도함을 확인함.
● 미토콘드리아 DNA 손상시 손상된 미토콘드리아 DNA와 결합하는 p32 단백질에 의한 미토콘드리아 막구조변형 유도 기전 규명함.
3. 손상 미토콘드리아의 세포외분비 억제 시 일어나는 생리적 변화 연구
● 손상 미토콘드리아의 세포외분비가 억제된 HDAC6 KO 마우스 뇌의 전두엽에서 미토콘드리아의 미세구조의 이상변형을 확인하고 미토콘드리아-소포체 결합구조(mitochondria-ER contact)가 증가함을 규명함.
● HDAC6와 결합하는 HDAC10 단백질의 유전자 제거시에도 Mitochondria-ER contact 증가현상을 관찰하고 Ca++ 항상성에 문제가 발생함을 규명
● 미토콘드리아 DNA의 D-Loop 부위를 선택적으로 자르는 mTLN D-Loop를 발현시켜 손상미토콘드리아를 유도하는 세포시스템을 구축하고 이를 HDAC6 KO세포에서 미토콘드리아 DNA 손상이후 생존성이 크게 감소하며 미토콘드리아 단백질이 감소함을 규명함
4. 세포외분비된 미토콘드리아에 의한 자가면역반응의 유도기전 규명
● 세포외분비된 미토콘드리아가 대식세포에 식작용에 의해 면역을 유도하는 기전을 규명
● HDAC6 knockout mouse에서 미토콘드리아 분비 기전이 억제됨으로 인해 대식세포의 활성화 및 간 조직내 대식세포 숫자가 감소될 수 있을 가능성을 보임.
5. 미토콘드리아에 의해 유도되는 자가면역반응의 노화 및 퇴행성 뇌질환 연관성 규명
● HDAC6 knockout mouse의 brain에서의 미토콘드리아 손상 장애 확인
● HDAC6에 의한 BNIP3의 발현조절기전을 통하여 Neuron에서 미토콘드리아의 mitophagy가 조절됨을 규명함.
● sPLA의 세포외분비를 조절하는 인자로 HDAC6와 결합하는 PLAA(phospholipase A2 activating protein)를 발굴하고 HDAC6-PLAA-sPLA-LPA 조절경로에 의해 미토콘드리아의 기능조절이 일어나는 것을 보임.
● HDAC6-PLAA-sPLA-LPA 조절경로 이상으로 인해 HDAC6에서 노화와 관련된 비정상적인 지방축적이 뇌와 간에서 관찰되고 이는 비알콜성 지방간과 전전두엽 치매 증상과 관련성이 있음을 보임.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
미토콘드리아 세포외 분비는 단순한 손상미토콘드리아의 제거라는 의미를 넘어서 세포간 미토콘드리아 교환이라는 새로운 생물학의 새로운 문을 열 수 있는 분야임. 본 연구를 통하여 미토콘드리아의 세포외분비과정을 조절하는 새로운 분자적 기전으로 p32-OMA1-OPA1, HDAC6-BNIP3, HDAC6-p53, HDAC6-PLAA-sPLA-LPA regulation axis을 제안하였고 이 과정이 노화와 연관된 비알콜성지방간 및 퇴행성 뇌질환 중 하나인 전전두엽치매와 연관가능성을 제시하였음. 이는 미토콘드리아가 세포내공생을 시작한 이후 잃어버렸다고 생각했던 세포 밖으로의 외출을 이해하고 이 과정이 어떻게 선천면역반응과 노화/노화관련 질병에 영향을 주는 지에 대한 이해의 첫걸음이 될 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 주요 연구 변경사항 ... 5
• 2) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 36