KAIST 이지오(李志五, 44세) 교수팀은 면역수용체인 TLR4-MD-2 단백질과 패혈증을 유발하는 박테리아 내독소(LPS)가 결합한 복합체의 분자 구조를 최초로 규명했다.

이번 연구결과는 패혈증을 유발하는 선천성 면역반응을 분자 수준에서 이해하는데 기여했고 치료 효과가 향상된 새로운 패혈증 의약품 개발에 중요한 가교 역할을 할 수 있을 것으로 전망된다.

이지오 교수와 박범석(朴範奭, 35세) 박사과정 학생의 주도로 진행된 이번 연구는 교육과학기술부와 한국과학재단이 추진하는 창의적연구 사업(세포막 수용체 연구단: 단장 이지오)의 일환으로 수행됐고 연구결과는 세계 최고의 과학 전문지인 네이처(Nature)지 3월 2일 자 (한국시간) 온라인 판에 게재될 예정이다.

박테리아, 곰팡이 바이러스 등과 같은 미생물 감염은 여러 가지 질병의 원인이 될 뿐만 아니라 심각한 경우에는 생명까지도 위협한다.

우리 몸은 미생물 감염에 대해 어 작용을 하는 강력한 면역체계를 가지고 있다. 미생물에서 유래된 각종 물질들은 면역세포의 표면에서 존재하는 면역수용체 단백질들에 의해 인식되게 되고 그 결과 다양한 면역반응이 일어나게 된다.

TLR4-MD-2 단백질은 대표적인 면역수용체로 박테리아 표면에 존재하는 내독소와 결합하여 면역반응을 일으키는 역할을 한다. 정상적인 경우, TLR4-MD-2 단백질에 의한 면역반응은 감염에 대한 강력한 인체 방어 작용을 수행하지만 과도한 활성화에 의하여 지나친 면역반응이 일어나게 될 때는 패혈증이라고 불리는 위험한 증상을 일으킬 수도 있다. 패혈증은 높은 발병률과 사망률을 가지는 심각한 증상으로 각종 장기 손상 및 쇼크를 유발할 수 있으며 심한 경우에는 사망에 이르게 할 수도 있다.

이지오 교수 연구팀은 면역세포에 존재하는 TLR4-MD-2 단백질과 박테리아 내독소가 결합되어 있는 복합체의 분자 구조를 최초로 규명했다.

분자 구조해석을 통해 구팀은 내독소의 지질 부분이 MD-2 단백질 소수성 부위에 결합하면서 동시에 TLR4의 카르복시 말단 근처와도 결합함으로써 TLR4-MD-2 가 이합체를 형성하도록 한다는 것을 밝혔다. TLR4-MD-2 단백질이 이합체가 되면 면역반응이 시작된다.

이번에 밝혀진 TLR4-MD-2-내독소 복합체 입체 구조로 패혈증 유발물질인 박테리아 내독소가 어떻게 TLR4-MD-2 수용체에 결합하는 지를 밝혔을 뿐만 아니라, 내독소가 어떻게 TLR4-MD-2 수용체를 활성화 시키는지에 대한 발병 메커니즘을 제시할 수 있게 됐다.

이 교수 연구팀은 2007년도에 셀(Cell)지에 발표한 두 편의 논문을 통하여 패혈증 발병에 대한 새로운 가설을 제시한 바 있다. 이번 연구는 이때 제시한 가설을 실험적으로 입증한 최초의 결과이다.

이 교수는 “내독소와 TLR4-MD-2 복합체의 구조분석을 통해서 현재까지 알려진 패혈증 치료제들의 작용기전을 좀 더 명확히 알 수 있게 되었으며 이를 기반으로 조금 더 개선된 치료제 개발에 기여할 수 있을 것이다”라고 언급했다.

이지오 교수는 패혈증 관련 연구를 통하여 2007년 세계 대표 과학저널인 셀(Cell)지에 2편(2007. 9. 7, 2007. 9. 21)의 논문을 연달아 발표했으며2년 만에 네이처(Nature)지에 논문을 게재하는 연구 성과를 이루었다.

조진주 기자 jjj@todaykorea.co.kr