연구성과

생명 장지원 교수팀, 세포 반응의 숨겨진 메커니즘 밝혀냈다

2024-05-08 189

[POSTECH 장지원 교수팀, 기계적 자극을 감지해 줄기세포 분화 조절하는 ETV4 발견]

생명과학과 장지원 교수 · 통합과정 양승복 씨는 기계적 자극에 대한 세포 반응을 조절하는 새로운 인자를 찾고, 관련 메커니즘을 밝히는 데 성공했다. 이 연구는 세포생물학 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘네이쳐 셀 바이올로지(Nature Cell Biology)’ 온라인판에 지난 3일 게재됐다.

세포성장인자인 인슐린(insulin)과 상피세포성장인자(EGF), 신경 전달 물질인 아세틸콜린(acetylcholine) 등 세포생물학 분야의 연구는 대부분 화학적인 자극에 대한 세포 반응 분석에 집중해왔다. 그런데, 세포는 이러한 화학 자극뿐 아니라 세포의 밀도나 크기, 주위 경도 등 기계적인 자극에도 특정 유전자가 발현되어 이에 반응하고, 또 생명을 유지하고 있다. 하지만 기계 신호 조절 인자가 어떻게 기계적 자극을 인지하는지 그 메커니즘에 대한 연구는 많이 부족한 상황이다.

이번 연구에서 연구팀은 세포의 기계적 자극 감지 · 반응 메커니즘을 연구하기 위해 배아줄기세포를 사용했다. 세포의 밀도를 조절하며 배양한 배아줄기세포의 전사체를 분석한 실험에서 연구팀은 ‘ETV4’라는 인자가 줄기세포의 밀도 변화를 감지해 분화를 조절한다는 것을 확인했다.

또한, 연구팀은 ETV4가 기계적 자극을 감지하는 메커니즘도 밝혀냈다. 세포 내 인테그린 수용체(integrin receptor)*1가 먼저 세포 밀도 변화를 감지했으며, 세포 표면에 있는 단백질 수용체(Fibroblast growth factor receptor, FGFR)의 세포 내 이입(endocytosis)을 조절해 ETV4 단백질 발현을 제어했다.

이 ETV4는 줄기세포 분화 과정에서 세포 밀도가 낮은 부위에서는 중·내배엽이, 밀도가 높은 경우에는 신경 외배엽이 형성되도록 조절했다. 연구팀은 세포 밀도 변화가 줄기세포 분화의 운명을 조절하는 핵심 요소임을 밝혔으며, 세포분화는 화학 신호 뿐 아니라 기계적 신호에도 민감하게 반응한다는 사실도 확인했다.


이번 연구를 주도한 장지원 교수는 “줄기세포의 분화 조절에 있어서 기계적인 자극의 중요성과 ETV4라는 핵심 인자를 확인했다”며, “ETV4가 매우 중요한 암유전자(oncogene)이기 때문에, 기계적 자극을 통한 암세포 제어 기술 개발에도 큰 도움이 되길 바란다”는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 개인기초연구사업, 집단연구 기초연구실과 스마트 특성화기반구축 사업 지원으로 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41556-024-01415-w


1. 인테그린 수용체(Integrin receptor)
세포와 세포외 기질을 연결하는 세포막 횡단수용체로, 세포 안팎의 물리화학적 변화를 양방향으로 전달하여 세포내 신호 전달에 관여한다.