- 미토콘드리아 내 STAT3의 질환 제어 기능 발견

- 핵과 미토콘드리아 STAT3, 질환에서 서로 다른 주요 기능 규명

△ 조미라 교수(좌), 이선영 박사(우)  

  가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단 조미라 교수(교신저자, 가톨릭대학교 의과대학 병리학교실)와 이선영 박사(제1저자) 연구팀이 류마티스관절염의 원인과 진행 과정에서 핵심적인 역할을 하는 면역세포인 Th17 세포와 활막세포에서 미토콘드리아 내 STAT3 단백질의 새로운 작용 기전을 규명했다.

  류마티스관절염은 우리 몸의 면역체계가 정상적인 관절 조직을 공격하면서 발생하는 자가면역질환이다. 특히, Th17 세포라는 면역세포와 관절을 감싸고 있는 활막세포의 과도한 염증 반응이 질병의 진행을 촉진하는 주요 원인으로 알려져 있다. 연구팀은 이 과정에서 중요한 역할을 하는 STAT3 단백질의 새로운 기능을 밝혀냈다.

  STAT3는 원래 유전자 발현을 조절하는 ‘전사인자’로 알려져 있다. 전사인자는 세포 속 DNA에 결합하여 특정 유전자의 활성화를 조절하는 단백질이다. 일반적으로 STAT3가 활성화되면 세포 내 핵으로 이동하여 염증성 사이토카인(면역 신호 전달 물질)과 혈관 신생 단백질의 발현을 촉진한다. 이러한 과정은 류마티스관절염의 염증 반응을 심화시키는 역할을 한다.

  그러나 연구팀은 STAT3가 단순히 핵에서 염증을 유발하는 역할만 하는 것이 아니라, 세포의 에너지를 생산하는 기관인 ‘미토콘드리아’로 이동했을 때는 반대로 염증을 조절하는 기능을 수행한다는 사실을 밝혀냈다. 즉, STAT3가 미토콘드리아 내에서 특정한 역할을 하면서 Th17 세포의 활성화를 억제하고, 활막세포의 염증 반응을 줄이는 효과가 있다는 것이다.

  미토콘드리아 내로 이동한 STAT3는 미토콘드리아의 ‘막전위’를 증가시키고, 활성산소(ROS)의 생성을 감소시켜 면역 반응을 조절한다. 여기서 막전위란 미토콘드리아가 에너지를 생성하는 과정에서 내부와 외부의 전하(전기적 차이)가 발생하는 것을 의미한다. 이 막전위가 높아지면 세포의 기능이 정상적으로 유지되며, 면역세포의 과도한 활성화를 막을 수 있다. 특히 Th17 세포의 분화를 억제하고, 염증성 사이토카인의 과다 분비를 막는 효과를 보였다. 이는 기존 연구에서 밝혀지지 않았던 새로운 기능으로, STAT3가 핵과 미토콘드리아에서 서로 다른 역할을 한다는 점에서 매우 중요한 발견이다.

  이번 연구 결과는 STAT3 단백질의 작용 기전을 보다 정밀하게 이해하고, 류마티스관절염과 같은 자가면역질환에서 이를 조절할 수 있는 새로운 치료법 개발에 중요한 단서를 제공한다. 연구팀은 앞으로 미토콘드리아 내 STAT3의 이동을 조절할 수 있는 방법을 연구하여, 기존 면역억제제의 부작용을 줄이면서 더욱 정교한 치료 전략을 제시할 계획이다.

  조미라 교수는 “이번 연구는 STAT3의 미토콘드리아 내 기능과 자가면역질환에서의 역할을 새롭게 조명한 연구”라며, “향후 다양한 미토콘드리아 매개 질환의 치료 연구에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

  가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단의 지원을 받은 이번 연구는 병리학 분야의 저명한 국제학술지 《Experimental & Molecular Medicine》(IF=9.5) 2025년 1월호에 게재되었고, 면역학 및 분자생물학 분야에서 중요한 의미를 가져, 향후 류마티스관절염 뿐만 아니라 다른 염증성 질환의 치료법 개발에도 기여할 것으로 기대된다.

△ 미토콘드리아 내 STAT3 역할 규명 모식도