메타물질 이용한 미토콘드리아 complex 기능 강화 기전 규명

미토콘드리아-금 메타나노입자 복합체, 미토콘드리아 단독 이식보다 효과↑

미토콘드리아 손상에 의해 발생하는 질환에 대한 원천치료 가능성이 제시됐다.

가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원은 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 조미라 교수팀이 서강대학교 강태욱 교수팀과 공동연구로 미토콘드리아-금 메타나노입자 복합체 형성을 통해 미토콘드리아의 기능 강화와 손상된 미토콘드리아의 기능회복 효과를 입증했다고 3일 밝혔다.

조미라 교수 연구팀은 미토콘드리아의 표면전하 및 막구조 특성에 착안해 물리적 특성이 제어된 금 메타나노입자(gold nanoparticle, GNP)와 복합체를 형성하여 세포수준에서 미토콘드리아의 기능 조절 효과 조사를 진행했다.

연구 결과, 금 메타나노입자가 미토콘드리아의 내부 막에 선택적으로 결합해, 전자전달계를 대체함으로써 미토콘드리아 전자전달계 활성을 증가시켜 효율적인 전자 전달 매개체로 활용될 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 연구팀은 광학현미경을 통해 금 메타나노입자가 미토콘드리아에 결합해 복합체가 형성되는 것을 실시간으로 확인했고, 전자전달계에 근접해 위치한다는 사실을 추가로 밝혀냈다. 

이어 건강한 마우스 비장세포에서 미토콘드리아-금 나노입자 복합체 이식은 미토콘드리아 단독 이식의 경우와 비교하였을 때, 미토콘드리아의 막전위가 증가하는 것을 확인했으며, 산소 소비(oxygen consumption rate, OCR)가 증가하는 것을 확인했다.

더불어 연구팀은 미토콘드리아의 중요 기능 중 하나인 ATP 생산이 미토콘드리아-금 나노입자 복합체 이식에 의해 증가되는 것과 손상된 마우스 비장세포에 미토콘드리아-금 나노입자 복합체를 이식하게 되면 미토콘드리아 단독 이식 때와 비교해 손상됐던 미토콘드리아의 기능(막 전위)이 회복되는 것을 확인했다.

즉, 미토콘드리아-금 메타나노입자 복합체의 이식이 미토콘드리아 단독 이식과 비교하였을 때 건강한 세포의 미토콘드리아 기능을 더욱더 강화시켜 주는 것은 물론, 손상된 세포에서 기능이 저하된 미토콘드리아의 기능을 회복시켜줄 수 있음이 확인된 것이다.

한편, 이번 연구는 ‘강화된 미토콘드리아 전자전달계 활성을 통한 효율적인 전자 전달 매개체로서의 내부 막 결합 금 나노입자(Inner-Membrane-bound Gold Nanoparticles as Efficient Electron Transfer Mediators for Enhanced Mitochondrial Transport Chain Activity)라는 제목으로 최근 세계적 학술지 ‘Nano Letters(IF:12.262)’에 게재됐다.