세포 에너지 공장 '미토콘드리아' 발열 원리 찾았다

세포 내 소기관인 미토콘드리아는 세포에서 쓰이는 에너지를 만든다. 그 과정에서 열이 발생해 활성화된 미토콘드리아는 37℃를 넘을 정도다. 게티이미지뱅크

국내 연구팀이 세포에서 쓰이는 에너지를 만드는 미토콘드리아의 발열 메커니즘을 규명하고 미토콘드리아에서 발생한 열도 세포 밖의 열 자극과 같이 세포 내 '열충격 방어 시스템'을 작동시킨다는 사실을 밝혀냈다.

서울대는 이현우 화학부 교수팀과 노재석 연세대 생화학과 교수팀이 공동연구를 통해 세포 내 미토콘드리아에서 발생한 열이 미토콘드리아와 핵 사이의 신호 전달에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀내고 연구결과를 3일 국제학술지 'ACS 센트럴 사이언스'에 공개했다고 17일 밝혔다.

세포 내 소기관인 미토콘드리아는 세포에서 쓰이는 에너지를 만든다. 미토콘드리아에서 일어나는 에너지 변환은 100% 효율로 일어나지 않고 많은 양의 에너지는 열로 전환된다. 활성화된 미토콘드리아는 37℃를 넘을 정도다.

연구팀은 미토콘드리아에서 에너지를 만드는 과정 중 산소와 수소, 전자가 만나 물을 생성하는 '산소 환원 반응'이 열을 일으키는 주요 과정일 것이라고 가정했다. 산소의 양을 줄이고 전자의 전달 과정을 저해하자 발열을 감지하는 단백질의 양이 현저히 줄었다. 산소 환원 반응에서 나오는 에너지가 미토콘드리아 발열의 주된 원인이었던 것이다.

미토콘드리아에서 발생하는 열은 세포 온도를 유지하는 데 중요한 요소지만 높은 열 때문에 많은 단백질이 변성될 위험이 있다. 세포는 외부 열 자극에 대응해 열충격 단백질을 많이 발현시켜 다른 단백질을 안정화하거나 손상된 단백질을 분해한다.

연구팀은 미토콘드리아에서 발생한 열이 세포핵까지 전달돼 열을 감지하고 열충격 단백질의 발현을 조절하는 것으로 알려진 HSF1 단백질을 활성화한다는 사실도 함께 밝혀냈다.

이번 연구는 미토콘드리아가 내는 '열' 자체가 신호 역할을 할 수 있음을 보여주는 최초의 연구다. 연구팀은 "추가 연구를 통해 미토콘드리아로부터 생성된 열이 세포 내에 미치는 다양한 생물학적 현상들을 밝혀낼 수 있을 것"이라고 내다봤다.
 

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]