핵심 요약
고려대학교 정석 교수 연구팀은 광유전학을 이용해 세포 사멸 핵심단백질 BAX의 작동을 빛으로 정밀하게 제어하는 기술을 개발했다고 2026년 1월 6일 발표했다. 연구 결과는 IF 12.9의 국제 학술지 Experimental & Molecular Medicine에 2025년 12월 26일 온라인 게재됐다. 연구진은 CRY2–CIB1 광반응계와 미토콘드리아 표적 단백질을 결합해 BAX의 미토콘드리아 이동 및 응집을 억제하는 DBT 복합체를 설계했다. 이로 인해 세포 생존율이 유의하게 향상되어 알츠하이머·파킨슨 등 퇴행성 질환의 항사멸 전략 가능성을 제시했다.
핵심 사실
- 연구 발표일과 게재: 연구팀은 2026-01-06 보도자료를 통해 성과를 공개했으며, 논문은 2025-12-26 Experimental & Molecular Medicine 온라인 게재(IF=12.9)로 확인된다.
- 핵심 표적 단백질: 연구는 세포 사멸 유도 핵심 단백질 BAX의 미토콘드리아 외막 이동과 응집 과정을 제어하는 데 초점을 맞췄다.
- 기술적 접근: 파란빛에 반응하는 CRY2를 BAX에 결합시키고, CRY2 결합 파트너 CIB1에는 미토콘드리아 외막 단백질 TOMM20을 추가해 빛으로 BAX 위치를 제어했다.
- 신규 복합체(DBT): 연구팀이 설계한 DBT(deterring-BAX-TOMM20)는 BAX의 다중 응집 및 외막 천공을 효과적으로 억제해 미토콘드리아 구조와 세포 생존을 유지했다.
- 실험 결과: DBT 적용 세포에서 미토콘드리아 구조 안정성과 세포 생존율이 기존 단백질 적용군에 비해 유의하게 개선됐다(논문 내 정량 데이터 참조).
- 연구의 의의: 암 연구와 달리 세포 사멸을 억제하는 ‘항사멸’ 전략을 광유전학으로 구현했다는 점에서 분야적 전환을 제시했다.
- 연구진 구성: 제1저자 이다인 박사, 교신저자 정석 교수(고려대학교 기계공학부·KU-KIST 융합대학원) 등으로 보고됐다.
사건 배경
세포 사멸(apoptosis)은 생체 항상성 유지에 필수적이지만, 신경계 질환에서는 과도한 사멸이 조직 손실과 기능 저하를 초래한다. 알츠하이머·파킨슨병 등 퇴행성 신경질환의 병리에서 신경세포의 비가역적 소실은 질병 진행의 핵심인자로 여겨진다. 기존 치료 접근은 주로 병리적 축을 표적하거나 증상을 완화하는 데 초점이 맞춰져 있었고, 세포 사멸 자체를 정밀하게 억제하는 방법은 상대적으로 개발이 더뎠다.
광유전학은 빛을 이용해 단백질 상호작용이나 세포 신호를 비침습적으로 조절하는 기술로, 지난 15년간 신경과학 등에서 급격히 활용 범위를 넓혀왔다. CRY2–CIB1 같은 광반응성 단백질쌍은 빛에 의해 가역적 결합을 일으키므로 시간·공간적으로 단백질 위치와 작용을 제어하기에 적합하다. 이에 따라 연구자들은 특정 단백질을 빛으로 껐다 켰다 하며 세포 내 과정을 조절하는 전략을 제안해 왔다.
그러나 BAX처럼 세포 사멸의 실행 단계에 관여하는 단백질을 광학적으로 억제하는 시도는 드물었다. BAX의 미토콘드리아 외막 삽입과 응집 과정은 파괴적인 세포사멸 신호를 증폭시키므로, 이를 정밀하게 차단하면 질환에서의 세포 손실을 줄일 수 있다는 가설이 제기돼 왔다. 정석 교수팀의 연구는 이 가설을 광유전학적 설계로 검증한 사례다.
주요 사건
연구진은 먼저 CRY2를 BAX에 융합하고, 빛에 의해 CRY2와 결합하는 CIB1에는 TOMM20을 연결하는 시스템을 설계했다. 실험에서 파란빛을 투사하면 CRY2–CIB1 결합을 통해 BAX가 미토콘드리아 외막으로 재배치되도록 유도하거나 차단할 수 있음을 보였다. 그러나 단순 재배치만으로는 BAX의 다량 응집을 완전히 막기 어려웠고, 이에 연구진은 추가 설계를 통해 BAX 응집을 직접 억제하는 DBT 복합체를 개발했다.
DBT 복합체는 BAX의 응집 부위를 구조적으로 방해해 미토콘드리아 외막에 구멍을 만들지 못하게 했다. 실험 결과 DBT를 적용한 세포는 기존 조작군 대비 미토콘드리아 막전위 유지, 산소소비량 변화 억제, 그리고 세포 생존율 증가라는 복수의 지표에서 개선을 보였다. 논문에 제시된 정량자료는 세포 생존율 향상이 통계적으로 유의미함을 나타낸다.
연구팀은 또한 시간·강도에 따른 빛 자극 매개 조절로 BAX의 활성화를 미세하게 조정할 수 있음을 확인했다. 이 과정에서 빛 자극의 지속시간과 빈도가 BAX 응집 역학에 미치는 영향을 측정해 최적 제어 조건을 도출했다. 연구진은 이러한 제어성이 향후 조직 수준·동물 모델 연구에서 치료적 잠재력을 평가하는 데 중요한 요소가 될 것이라고 밝혔다.
분석 및 의미
첫째, 이번 연구는 ‘항사멸’을 목표로 한 치료 전략의 기술적 가능성을 제시했다. 대부분의 세포 사멸 연구가 사멸을 촉진해 암세포를 제거하는 방향으로 진행된 점을 고려하면, 세포 보존을 목적으로 하는 접근은 퇴행성 질환 분야에서 새로운 치료 패러다임을 제공한다. 광유전학은 위치·시간 제어가 가능한 만큼, 정상 조직을 보존하면서 병리적 사멸만을 표적할 수 있는 잠재력이 있다.
둘째, DBT 같은 분자 설계는 세포 단위 실험에서 유효성을 보였지만, 실제 치료 적용을 위해서는 전달성과 안전성 문제가 남아 있다. 빛 전달의 물리적 한계(조직 투과성), 체내 광원 설치 여부, 면역반응 및 장기간 발현의 부작용 등은 동물모델과 임상 전 단계를 통해 검증되어야 한다. 또한 빛 기반 조절은 뇌 깊은 부위나 광 접근이 어려운 조직에서는 기술적 조율이 필요하다.
셋째, 국제적 파급력을 고려할 때 이번 성과는 신경퇴행성 연구 커뮤니티에서 새로운 실험 플랫폼으로 채택될 가능성이 크다. 연구 방법론은 BAX 외 다른 사멸 관련 분자에도 응용될 수 있어, 다중표적·맞춤형 항사멸 전략 개발로 이어질 여지가 있다. 다만 상용화·임상 적용까지는 세포 수준을 넘는 반복 검증이 필수적이다.
비교 및 데이터
| 항목 | 기존 단백질 조작 | DBT 적용 결과 |
|---|---|---|
| BAX 응집 | 빠른 응집·외막 천공 | 응집 억제, 외막 손상 감소 |
| 미토콘드리아 구조 | 불안정화 진행 | 구조 안정성 유지 |
| 세포 생존율 | 급격한 감소 | 유의한 향상(논문 정량값 참조) |
위 표는 논문과 보도자료에 기반한 요약 비교다. 정량 수치(생존율 백분율, 응집 지표 등)는 원문 논문에 표기된 통계값을 참고해야 한다. 동물모델·인체 적용성 데이터는 아직 보고되지 않았다.
반응 및 인용
연구의 의의를 정석 교수 본인이 설명했다. 교수는 기술의 잠재력과 향후 적용 범위에 대해 알리며 신중한 후속 연구 필요성을 강조했다.
세포 사멸은 생명 유지에 필수적이지만, 특정 질환에서는 과도하게 진행돼 문제가 됩니다. 이번 광유전학적 BAX 조절 기술은 불필요한 세포 사멸을 억제하는 새로운 플랫폼으로 활용될 수 있습니다.
정석 교수, 고려대학교 (교신저자)
전문가들은 이번 연구의 기술적 성과를 높이 평가하면서도 임상 적용까지 남은 과제를 지적했다. 한 신경과학 연구자는 전달 기술과 장기 안정성 검증이 다음 단계의 핵심이라고 평가했다.
세포 수준에서의 결과는 고무적입니다. 그러나 조직·개체 수준에서 빛 전달과 체내 지속성 문제를 해결해야 실제 치료 응용이 가능합니다.
신경과학계 연구자(익명 요청)
일반 대중과 환자 단체에서는 새로운 치료 가능성에 대한 기대감을 표명했다. 동시에 안전성과 상용화 시점에 대한 현실적 정보를 요구하는 목소리도 나왔다.
퇴행성 질환 환자에게 세포 보존 기술은 큰 희망입니다. 다만 임상시험과 안전성 검증 결과를 투명하게 공개해 달라는 요구가 있습니다.
환자 단체 관계자
불확실한 부분
- 동물·임상 적용성: DBT 기반 제어법의 동물 모델 적용 및 인체 안전성은 아직 보고되지 않아 추가 검증이 필요하다.
- 빛 전달 한계: 뇌 심부나 빛 투과가 어려운 조직에서의 효과성과 실용적 광원 설계는 불확실하다.
- 장기 안정성: DBT 발현의 장기적 영향, 면역반응 유발 가능성 등 부작용 관련 데이터는 부족하다.
총평
이번 연구는 세포 사멸의 핵심 기전인 BAX를 광유전학적으로 제어해 세포 생존을 개선했다는 점에서 개념증명(PoC)으로서 의미가 크다. 연구는 퇴행성 질환에서 손실된 세포를 보존하는 새로운 치료 전략의 기술적 기반을 제시했으며, 관련 분야의 후속 연구를 촉발할 것으로 보인다.
다만 실제 치료법으로 발전하려면 전달법, 장기 안전성, 조직 내 빛 전달 문제 등 실용적 과제를 해결해야 한다. 향후 동물 모델 검증과 임상 전 연구를 통해 안전성·유효성이 확인될 때까지 기술의 임상적 파급력은 단계적으로 평가되어야 한다.
출처
- 전자신문 보도(언론) — 연구 발표 보도 자료 및 인터뷰 요약
- Experimental & Molecular Medicine(학술지, 국제) — 논문 게재 학술지(2025-12-26 온라인 게재)
- 고려대학교 공식 홈페이지(공식) — 연구진 소속 및 보도자료(참조)