최근 고령화와 생활습관의 서구화로 비만, 당뇨병 및 고지혈증 환자가 급격히 증가하고 있다. 이로 인해서 야기되는 심혈관 및 퇴행성 신경 질환, 당뇨병과 같은 질병은 우리나라의 주요 사망 원인이다. 이러한 질병의 원인과 치료 매커니즘의 규명은 의학계에 주어진 사명이자, 인류의 생명유지를 위한 핵심과제라고 할 수 있다. 인제대학교 심혈관 및 대사질환센터 (센터장: 생리학교실 한진 교수/이하 심혈관센터)는 주요 질환들의 근본적인 병인이 ‘미토콘드리아의 기능 이상’임을 증명하기 위해서 미토콘드리아와 관련된 대사질환에 대한 근본적인 치료와 예방 대책을 수립하는 연구를 수행하고 연구에 매진하고 있다. 특히 생명 현상의 기초가 되는 에너지와 세포 사멸의 핵심 소기관인 미토콘드리아의 단백질체 연구를 기반으로 하여 미토콘드리아의 기능 및 다양한 역할을 주제로 연구하고 있으며, Proteomics/Transcriptomics기법과, Real time cellular imaging, Mitochondrial functional analysis, Molecular cloning, 심장 혈관계 기능 연구 등 입체적/통합적 연구를 통하여 심혈관계 질환, 대사 질환, 암 등에서의 미토콘드리아 기능과 미토콘드리아를 타깃으로 하는 치료 기법의 발굴을 핵심 연구 주제로 하고 있다.

  미토콘드리아는 세포 내 소기관으로서 외막, 내막 및 matrix 의 구조를 가지고 있으며, 자기 스스로 DNA (mtDNA) 를 보유하여, 산화적 인산화에 필요한 13개의 단백질을 스스로 합성한다. 주요 기능으로는 세포내의 기질 (탄수화물, 단백질, 지방)을 산화적 인산화를 통해 세포에서 사용 가능한 에너지 원인 ATP 로 전환하며, 이때 생성되는 활성산소종 (reactive oxygen spices, ROS) 을 통한 세포내 신호전달 및 세포의 산화적 손상을 조절한다. 또 세포의 자가사멸 (apoptosis) 의 신호를 조절하여 세포의 자가사멸과 재활용을 조절한다. 이외에도 세포내 칼슘 신호 조절, 호르몬 합성 조절 및 세포의 염증 반응 조절 등을 통해 세포의 생(生)과 사(死)를 조절하는 중요 기관이다.

  미토콘드리아는 세포에서 에너지를 만들어 생명을 유지시키는 기능을 하지만, 그 과정에서 유해 활성산소 (산소라디칼, ROS)를 발생시킴으로 세포에 악영향을 끼치는 기능도 가지고 있다. 유해 활성산소는 DNA나 각종 단백질을 손상시키고 세포 소실을 일으켜 각종 질환을 일으키는 원인이 된다. 파킨슨, 알츠하이머등의 퇴행성 뇌질환은 미토콘드리아와 관련된 대표적 질환으로 꼽힌다. 또한 당뇨병이나 비만뿐 아니라 노화와 같이 인간이라면 반드시 겪는 자연적인 과정도 미토콘드리아와 밀접한 관련을 맺기 때문에 최근 학계에서는 미토콘드리아 기능부전의 제어를 통한 질환 치료의 가능성을 확인하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

  미토콘드리아 연구가 비약적인 발전을 이루고 있지만 아직 해결해야 될 과제들도 많이 있다. 특히 미토콘드리아를 직접적으로 기능제어 할 수 있는 기술개발에 모든 노력이 집중되고 있다. 미토콘드리아 기능부전은 단일한 증상이나 질병이 아닌 인체 내 각각의 기관에서 다양한 표현형으로 나타날 수 있기 때문에, 병든 미토콘드리아와 연관된 병소 및 질병 특이적인 치료법의 가능성이 제기되고 있으나 현재까지 정확한 타깃이나 합당한 치료기술 개발이 미흡한 상태이다. 특히 세포 내에 증가한 활성산소로 인한 산화스트레스의 증가는 최근 심혈관, 대사질환은 물론 퇴행성 신경 질환에서의 세포학적․분자생물학적 근본 기전으로 제시되고 있으나, 현재까지 임상 및 전임상 단계에서 사용되는 대사성 치료제 또는 항산화제의 효과가 없는 실정이다. 따라서 미토콘드리아 기능을 직접적으로 제어할 수 있는 타깃을 발굴하여 치료법을 개발하는 것이 향후 미토콘드리아 연구의 가장 핵심적인 과제라고 할 수 있다.

  심혈관센터에서는 미토콘드리아 기능을 직접 제어할 수 있는 막단백질 및 기질 단백질의 발현을 조절할 수 있는 미세표적화 치료로서의 유전자 치료법을 개발하기 위해서 많은 노력을 기울이고 있다.