골다공증 유발 뼈 분해 ‘핵심 역할’ 효소 국내서 세계 최초로 발견

KBSI, 이화여대와 연구…파골세포 대사 관련 조절 효소 발견
“BCAT1, 파골세포 분화 촉진…줄어들면 파골세포 성숙 억제”
“향후 골다공증·퇴행성 골질환 등 치료제 개발에 도움될 것”

건강한 뼈(왼쪽)와 골다공증 환자의 뼈. 게티이미지뱅크

골다공증 등을 유발하는 뼈 분해 파골세포(osteoclast)의 대사 과정에서 핵심 역할을 하는 대사물질 효소가 국내 연구진에 의해 발견됐다.

향후 골다공증이나 퇴행성 골질환 등의 치료제 개발에 도움이 될 것으로 연구팀은 전망했다.

31일 한국기초과학지원연구원(KBSI)에 따르면 KBSI 서울서부센터 황금숙 박사 연구팀은 이화여대 이수영 교수 연구팀과 공동으로 파골세포의 분화를 촉진하는 ‘분지사슬아미노산’(BCAA·필수 아미노산 가운데 발린·류신·이소류신)의 대사를 조절하는 효소를 세계 최초로 발견했다.

뼈는 낡은 뼈를 파괴하는 ‘파골세포’와 새 뼈를 만드는 ‘조골세포’(osteoblast)가 상호 작용해 항상성을 유지하지만, 나이가 들면서 뼈의 파괴가 상대적으로 빨라지거나 뼈의 생성이 불충분한 하면 뼈에 구멍이 생겨 골밀도가 낮아지고 작은 충격에도 쉽게 부러질 수 있다. 이를 ‘골다공증’이라고 한다.

공동연구팀은 KBSI 서울서부센터에 설치된 첨단 연구 장비인 800㎒ 핵자기공명분광기·질량분석기 시스템을 이용해 파골세포 분화가 진행됨에 따라 세포 내 분지사슬아미노산이 증가하고, 파골세포 후기 분화 단계에서 분지사슬아미노산이 필요하다는 것을 확인했다.

특히 파골세포 분화에는 분지사슬아미노산이 필요하지만, 이 중 ‘발린’이 가장 큰 영향을 준다는 사실을 관찰했다. 또 관련 효소 중 하나인 ‘분지사슬아미노전달 효소1’(BCAT1)이 파골세포의 분화를 촉진하고 있음을 밝혔다.

분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)이 분지사슬아미노산(BCAA) 대사 과정을 조절해 파골세포의 성숙을 촉진. 한국기초과학지원연구원(KBSI) 제공.

이에 따라 분지사슬아미노전달 효소1(BCAT1)이 줄어들면 분지사슬아미노산에 의한 대사 활성도 줄게 돼 파골세포의 성숙이 억제되는 결과를 초래할 수 있다.

기존 대부분의 골다공증 치료 연구는 파골세포 분화·활성을 직접적으로 줄이는 데 중점을 뒀다면 이번 연구는 대사 과정에 초점을 맞춰 BCAT1이 뼈세포 형성과 항상성을 조절할 수 있다는 것을 세계 최초로 규명해 냈다.

이로 향후 파골세포의 분화를 조절할 수 있는 골다공증 치료제 개발에 새로운 치료 표적을 확인하게 됐다.

황금숙 박사는 “파골세포의 대사물질 분석을 통해 골격 질환의 잠재적인 치료 표적을 발굴한 성과”라고 말했다.

이수영 교수는 “뼈를 분해하는 파골세포의 대사과정에 핵심역할을 하는 대사 물질 효소가 발견돼 골다공증 치료제 개발에 중요한 전환점이 될 것”이라며 “분지사슬아미노전달 효소1과 분지사슬아미노산이 골세포 성숙과 뼈 대사를 조절하는 분자 메커니즘을 규명하는 후속 연구가 필요하다”고 말했다.

이번 연구 결과는 생화학분야 국제 학술지인 ‘실험 및 분자 의학(Experimental & Molecular Medicine)’에 지난 6월 27일 게재됐다.

이승구 온라인 뉴스 기자 [e-mail]