세포소기관인 미토콘드리아로 골 형성을 향상할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 향후 이를 활용한 골질환 예방·치료, 골형성 촉진제 개발 등 가능성이 점쳐진다.

이윤실 서울대 치의학대학원 교수 연구팀은 조골세포 내 미토콘드리아의 변화를 관찰한 동물 실험을 통해 이 같은 결과를 발표했다. 이번 연구는 세계적인 대사 생물학 분야 저널인 ‘Cell Metabolism(IF 31.373)’ 2월호에 실렸으며, 표지 논문으로도 선정됐다.

미토콘드리아는 세포에서 에너지를 만들어 생명을 유지하는 역할을 하는 세포소기관이다. 연구팀은 뼈에서 미토콘드리아 성분이 대량 검출되는 현상에 착안해 이번 연구에 착수했다.

먼저 미토콘드리아가 골형성 과정에서 세포 밖으로 활발하게 분비될 수 있다는 가설을 세웠다. 이어 조골세포의 미토콘드리아에만 녹색형광단백질이 발현되는 유전자변형 쥐를 제작해 골 형성 과정에서 조골세포 내 미토콘드리아의 역동적인 변화를 관찰했다.

연구팀은 이 과정에서 추출한 조골세포를 활성화하면 미토콘드리아의 형태가 도넛 모양으로 변화한 후 작게 분열해 세포 밖으로 분비되고, 분비된 미토콘드리아는 주변 골전구세포의 조골세포로 분화를 촉진한다는 것을 밝혀냈다.

또 미토콘드리아의 도넛모양 형성과 분열을 증가시키면, 세포 밖으로 미토콘드리아 분비가 증가되면서 골형성이 촉진되고, 반대로 미토콘드리아의 융합을 증가시켜 분비를 감소시키면 골 형성이 억제된다는 사실도 확인했다.

이윤실 교수는 “조골세포에서 분비된 미토콘드리아를 골결손 부위에 이식하면 골재생이 촉진된다는 것을 동물실험으로 확인함으로써 조골세포 유래 미토콘드리아가 골형성 촉진제로 개발될 수 있다는 가능성을 제시했다”며 “현재 골감소증 치료제의 대부분이 골흡수를 억제하는 기전을 활용하고 있고, 이런 종류의 약물은 부작용을 줄이기 위해 일정기간 약물치료 후 약물을 중단하는 약물 휴지기를 가져야 하는데, 이 기간에 골형성 촉진제가 골절 위험군 환자에게 대안으로 사용될 수 있으며, 조골세포 유래 미토콘드리아가 그 용도의 치료제로 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 전망했다.

서준호 박사과정생(공동 제1저자)은 “일반적으로 미토콘드리아는 세포에 필요한 에너지를 생산하는 기관으로 알려져 있지만, 본 연구에서는 이러한 기능 외에도 미토콘드리아가 자체적으로 소포체를 생성하고 이를 세포 밖으로 분비해 주변세포의 분화를 촉진하는 새로운 생물학적 기전을 규명, 미토콘드리아의 기능에 대한 이해를 확장시켰다”고 의의를 밝혔다.