김동휘 교수 연구팀, 조로증 모델 세포의 핵 변형을 실시간 모니터링, 인간 노화의 생물물리학적 기전 규명 

 Advanced Science게재돼 

 

김동휘 교수 연구팀은 세포핵에 가중되는 물리적 자극으로 인한 세포 핵막의 변형이 핵내 염색질 재구성과 유전자 발현을 조절함으로써 노화가 촉진됨을 세계 최초로 보고하였다. 

그 동안 노화된 세포에서 발견되는 비정상적 형태의 세포핵과 세포핵에 가해지는 물리적 자극으로 인한 세포의 기능 변화로부터 세포핵을 매개로한 물리적 신호전달 현상 (nuclear mechanotransduction) 과 노화 사이에 긴밀한 상관관계가 있을 것으로 예상되어 왔다.

연구진은 급속 노화를 특징으로 하는 조로증 (Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome, HGPS) 을 유발하는 프로게린 단백질이 핵막에 쌓이며 핵막의 주름이 발생하는 과정을 실시간으로 추적하였고, 이 현상이 세포핵에 가해지는 물리적 자극의 크기에 의해 조절된다는 사실을 고해상도 이미징과 역학적 모델링을 통해 규명했다. 또한 세포 핵막의 장력 변화-세포핵의 변형-핵내 크로마틴 분포 및 유전자 발현 양상 변화가 외력에 의해 차례대로 발생됨을 밝혀냈다.

본 연구는 세포에서 일어나는 모든 신호전달과정의 궁극적 조절자가 세포핵이라는 점에서, 세포핵막의 변형으로 인한 세포의 구조적․기능적 변화가 인간 노화를 새롭게 해석하는 열쇠가 될 수 있음을 시사한다. 이는 기존의 생화학적 연구의 방법론의 한계를 벗어나, 생물물리학적 노화 기전 연구의 새로운 패러다임을 제시한 획기적 연구 성과로, 향후 노화 억제 및 역노화 연구의 새로운 연구방법론으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구 및  선도연구센터지원사업 (메카노지노믹스연구센터)의 지원을 받아 고려대학교, KAIST, 중국 칭화대 연구진들의 국제 협력을 통해 수행되었고, 해당 연구 결과는 나노과학 및 융복합 연구 분야 국제 저명 학술지 Advanced Science (IF=15.1)  誌에 게재됐다.

 * 논문명 : 

Attenuated Nuclear Tension Regulates Progerin-Induced Mechanosensitive Nuclear Wrinkling and Chromatin Remodeling 

 

      저자정보:  (좌측) 박지은 박사과정 (공동 제1저자),  (가운데) 조주현 석사졸업생 (공동 제1저자), (우측) 김동휘 교수 (교신저자)

연구 개념도: 정상 핵막 단백질인 라민A에 유전자 변이가 일어난 프로게린 단백질이 혼입됨에 따라 핵막의 변형이 일어나며, 핵내 크로마틴 분포가 달라지고 유전자 발현이 조절됨

논문 웹사이트:

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202502375