메사추세츠 의과대학의 김도훈 교수 연구팀이 항산화 작용으로 알려진 셀레늄의 세포 보호 기작을 밝혀냈다.

이제까지 셀레늄이 ‘셀레노단백질’의 구성 성분으로 항산화 기작만 알려져 있었다면, 이번에 연구진이 발견한 대사는 셀레노단백질이 합성되는 과정에서 중간 생성물로만 알려진 셀레나이드가 세포 안팎에서 직접 산화·환원 반응을 일으키는 기작이다.

연구팀은 세포의 대사 과정 중 독성을 지닌 대사체가 생성되었다가 바로 사라질 것이라 가정하고, 이를 이용해 질환을 치료하는 전략을 제안했다.

김도훈 교수는 셀레늄 대사 경로에 나타나는 독성 대사체 셀레나이드(selenide)에 대한 연구를 2020년 네이처 대사(Nature Metabolism)에 발표한 바 있는데 이번 연구에서는 셀레나이드가 독성을 보이는 농도보다 적게 존재할 때 오히려 세포 사멸을 저지하여 세포를 보호한다는 새로운 기능을 발견했다. 

셀레늄은 강력한 항산화 물질로, 아미노산인 시스테인과 결합해 셀레노단백질(selenoprotein)의 구성 성분인 ‘셀레노시스테인(selenocysteine)’을 만들고 글루타티온 과산화효소를 비롯한 항산화제로 기능한다.

특히, 셀레노단백질은 과산화지질의 생성을 방지하여 세포 사멸 기작인 페롭토시스(Ferroptosis)를 저해한다. 페롭토시스는 활성 산소가 세포막을 과산화하며 일으키는 철 의존적인 세포 사멸 기작이다.

연구팀이 이번에 발견한 새로운 대사는 지금까지 알려진 셀레노단백질 대사와 달리, 셀레늄에 수소가 결합한 ‘셀레나이드’가 산화·환원에 관여하는 조효소인 코엔자임 Q10에 전자를 제공하며 시작한다. 환원된 코엔자임 Q10은 세포막을 구성하는 지질의 과산화를 막아 페롭토시스로부터 세포를 보호한다.

연구진은 셀레나이드의 코엔자임 Q10의 환원 대사가 SQOR(Sulfide Quinone Oxidorductase)이라는 효소에 의해 일어나는 것도 밝혔다.

김도훈 교수는 “독성 대사체의 '독성'은 정상적인 기작이 지나치게 가동되는 현상으로 본다. 셀레나이드는 이 컨셉의 중요한 근거로, 앞으로 다른 독성 대사체들에서도 알려지지 않은 정상 기능을 찾을 수 있을 것”이라며 “페롭토시스는 암 세포 생존에 중요한 역할을 하며 다양한 다른 질환들과도 관련이 있다. 이 연구에서 발힌 기작을 활성화하여 허혈성 손상(ischemic injury)등의 상황에서 세포를 보호하거나, 반대로 기작을 억제하여 암세포를 제거할 수 있을 것”이라고 전망했다.

서경배과학재단의 지원으로 진행한 이번 연구결과는 국제학술지 'Nature Metabolism'에 게재됐다.