바브라함 연구소 연구자들이 심장 비대증과 연관된 심장의 새로운 신호전달 과정을 규명한 연구결과를 2월 27일자 학술지 “Molecular Cell”에 보고하였다. 심장 비대증은 심부전으로 이어질 수 있고 심혈관계 질환이 서구에서 전체 사망원인의 삼분의 일을 차지하고 있기 때문에, 심장의 비정상적인 성장과 연관된 세포 신호경로를 이해하는 것은 치료법 모색에 도움이 될 것이다.
이전에는 심장 세포에서 질환-유도된 칼슘 형태의 변화가 비대적 성장을 조절하는 유전자를 작동시키는 것으로 여겨졌다. 그러나 연구팀은 세포 핵에서의 국소적인 칼슘 증가가 일어난다는 것을 발견했고, 이것이 일반적인 심장 세포의 수축을 일으키는 세포 내 칼슘의 증가와는 별개로 비대적 유전자를 활성화시킨다는 것을 증명했다. 그들은 최첨단 이미징 기술과 유전자 조작을 이용해 세포 핵에서 일어나는 칼슘 신호 전달의 변화가 비대증을 야기한다는 것을 보여주었다. 이 핵의 칼슘 신호는 특이적이며, 심장의 수축을 조절하는 전기적인 칼슘 신호와는 구별된다. 핵 칼슘 신호는 핵을 둘러싼 이노시톨-1,4,5-삼인산(inositol-1,4,5-triphosphate, IP3) 수용체 칼슘 채널(IP3R) 열림으로 발생한다. 이 채널은 그들이 IP3라고 하는 화학적 전달 물질의 세포 수준 증가를 감지할 때 열린다. IP3는 심장 근육 세포 표면에 있는 엔도셀린(endothelin, ET) 수용체에 엔도셀린 호르몬이 결합하여 발생하는 세포 신호 경로에 의해 생산된다. 특히, 병리적인 비대증에 연관된 유전자를 조절하는 것으로 알려진 NEAT 분자가 IP3-매개된 핵 칼슘의 증가에 의해 활성화된다. 이는 기존의 수축과 연관된 칼슘 신호와는 별개다. 연구팀은 또한 IP3-Ca-NFAT 경로를 통해 비대증을 유도하는 자극 인자를 찾았으며, 아드레날린(adrenalin) 같은 이들 자극 원이 심근세포로부터 ET를 분비시킨다는 것을 보였다. 이 분비된 ET는 자가분비물질로 작용하여 같은 세포에서 IP3-의존적 칼슘 방출을 유도한다.
연구팀은 많은 형태의 심장 비대증을 조절하는데 핵심인 새로운 신호 전달 고리를 밝혀냈다. 이 발견은 대단한 임상적 중요성을 가진다. ET 경로는 치료 약물 개발을 위한 좋은 표적이며, IP3 신호전달을 방해하는 것은 미래 치료법 개발을 위한 적절한 표적이다. 심근세포 내부의 칼슘 수준은 매 심장 박동과 함께 수축과 이완이 가능하도록 빠르게 변해야 한다. 그러나 칼슘의 변화는 또한 심장 근 세포 구조가 심장마비 같은 손상에 반응해 변형될 수 있고, 잠재적으로 비대증이나 심부전으로 이어진다. 연구자들은 지금까지 어떻게 세포 내부의 두 서로 다른 칼슘이 작용이 별개로 조절되는지 이해하지 못했지만, 연구팀이 최첨단 이미징 기술을 이용해 칼슘 변화가 일어나는 세포 내 위치의 중요성을 입증하고 핵에서 칼슘의 증가를 조절하는 분자적 경로를 규명했다.
그림- 서로 다른 경로의 칼슘 증가가 발생하는 심근 세포의 이미지
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