조미라 가톨릭중앙의료원 병리학교실 교수, 이선영 박사 (왼쪽부터)

조미라 가톨릭대 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 합성생물학사업단 교수(의대 병리학교실), 이선영 박사(제1저자) 연구팀이 류마티스관절염의 핵심 발병 기전에 관여하는 면역세포인 Th17 세포와 활막세포에서 STAT3 단백질의 미토콘드리아 내 기능을 새롭게 규명했다.

이번 연구는 STAT3가 세포 내 위치에 따라 염증 반응을 유도하거나 억제할 수 있다는 점을 밝힘으로써 자가면역질환 치료전략에 새로운 방향을 제시했다.

류마티스관절염은 면역체계가 정상 관절 조직을 공격해 염증을 유발하는 자가면역질환으로, Th17 세포와 관절 내 활막세포의 과도한 염증 반응이 주요 원인으로 지목된다. 이 과정에서 중심적인 역할을 하는 단백질이 STAT3인데, 이는 일반적으로 세포핵에서 유전자 발현을 조절하며 염증성 사이토카인과 혈관신생 관련 인자의 생성을 유도하는 전사인자로 알려져 있다.

STAT3 단백질의 미토콘드리아 내의 역할 규명 모식도

연구팀은 STAT3가 세포핵에서의 역할 외에도, 미토콘드리아에 위치할 경우 전혀 다른 기능을 수행한다는 사실을 발견했다. STAT3가 미토콘드리아 내로 이동하면 면역세포의 에너지 대사 조절에 관여하며, 오히려 염증 반응을 억제하는 작용을 한다는 것이다. 이는 STAT3의 역할에 대한 기존 개념을 뒤집는 중요한 발견으로 평가된다.

특히 미토콘드리아 내 STAT3는 세포 내 막전위를 증가시키고, 활성산소(ROS) 생성을 억제함으로써 Th17 세포의 과도한 분화와 활막세포의 염증 반응을 효과적으로 줄였다. 막전위란 미토콘드리아의 에너지 생성 과정에서 형성되는 전기적 차이를 말하며, 이 수치가 높아지면 세포 기능이 정상적으로 유지되고 면역세포의 과잉 반응을 억제할 수 있다.

STAT3의 미토콘드리아 내 기능은 기존 연구에서 잘 밝혀지지 않았던 부분으로, 세포 내 위치에 따라 STAT3가 염증을 유도하거나 억제하는 이중 기능을 수행한다는 점에서 면역반응 조절의 새로운 패러다임을 제시한다. 이로써 향후 면역억제제의 부작용을 최소화하고, 보다 정밀한 조절이 가능한 자가면역질환 치료제 개발의 가능성이 열렸다.

조미라 교수 연구팀은 앞으로 STAT3가 미토콘드리아로 이동하는 메커니즘을 구체적으로 분석하고, 이를 제어할 수 있는 신약 타깃 후보를 발굴해 류마티스관절염 뿐 아니라 다양한 염증성 질환의 치료 전략으로 확장할 계획이다.

특히 미토콘드리아를 중심으로 한 세포 내 신호전달 경로 조절이 새로운 면역학적 치료법으로 주목받고 있는 가운데, 이번 연구는 그 이론적 기반을 제공했다.

이번 연구는 가톨릭대 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단의 지원을 받아 수행됐으며, 병리학 분야의 국제학술지 Experimental & Molecular Medicine(IF=9.5)에 최근 게재됐다.

조미라 교수는 “STAT3의 미토콘드리아 내 기능을 밝힌 이번 연구는 염증성 자가면역질환뿐 아니라 다양한 미토콘드리아 관련 질환의 새로운 치료전략 개발에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.