세포 재활용 센터는 심장 박동 조절에 도움을 줍니다

과학자들은 전통적으로 세포의 재활용 센터로 여겨졌던 구조인 리소좀이 심장의 자연스러운 리듬을 조절하는 역할도 한다는 사실을 발견했습니다.

리버풀 대학과 옥스퍼드 대학의 연구자들은 국내 및 국제 협력자들과 협력하여 리소좀이 심장 세포의 신호 센터 역할을 하여 심장이 더 빨리 뛰고 싶을 때 심장의 천연 박동 조율기가 반응하도록 돕는다는 사실을 발견했습니다.

심혈관 연구 저널에 발표된 이번 연구 결과는 심장 박동 조절과 관련된 생물학적 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 일반적인 심장 박동 장애인 심방 세동과 같은 상태에 대한 향후 연구에 정보를 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이전 연구에서는 리소좀이 심장 세포의 칼슘 신호 전달에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 지금까지 심장 박동기와 심박수를 조절하는 역할은 조사되지 않았습니다.

이를 탐구하기 위해 연구자들은 동물 연구와 실험실에서 배양한 인간 심장 세포 및 인간 심장 조직을 사용한 실험을 결합했습니다. 생쥐, 기니피그, 쥐 및 염소의 발견은 리소좀 신호 전달이 건강한 조직과 질병에 걸린 조직의 심장 기능에 어떻게 기여하는지 조사하는 데 도움이 되었습니다.

연구자들은 다음과 같은 사실을 발견했습니다.

• 리소좀은 심박수 조절에 중요한 역할을 합니다.
• 그들은 심박수 가속과 관련된 주요 메신저 분자 중 하나인 cAMP와 관련된 이전에 확인되지 않은 신호 경로를 통해 통신합니다.
• 이 경로의 구성요소는 심방세동에서 변경되는 것으로 보입니다.

이번 연구의 수석 교신저자인 리버풀 대학 약리학 및 치료학과 부교수인 레베카 앤 버튼(Rebecca-Ann Burton)은 이렇게 말했습니다. “이번 연구 결과는 리소좀 칼슘 신호 전달과 심장의 자연 박동 조절 장치를 조절하는 경로 사이에 이전에는 인식하지 못했던 연관성을 보여줍니다.

“이것은 리소좀 칼슘 신호가 단순히 기존 칼슘 신호를 강화하는 것이 아니라 심장 세포에서 cAMP 생성을 촉발할 수 있음을 보여주는 최초의 연구입니다. 또한 심장 박동 조절에서 이 경로의 특정 역할을 입증한 최초의 연구입니다.

“이러한 발견은 심장 세포가 신호를 어떻게 조정하는지에 대한 우리의 이해를 확장하고 심장 박동 장애를 조사하기 위한 새로운 길을 제공할 수 있습니다.”

연구에 따르면 리소좀에서 발생하는 신호는 심장 박동수를 증가시키는 자극에 심장의 자연 박동조율기가 반응하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 연구자들은 또한 리소좀이 심박수 가속과 관련된 주요 메신저 분자 중 하나인 cAMP의 수준을 증가시킬 수 있음을 발견했습니다.

연구팀은 CaMKII와 AC1이라는 두 가지 단백질이 이 경로의 구성 요소일 가능성이 있음을 확인했습니다. AC1은 심장 세포 내의 리소좀 근처에 위치하며, 이는 리소좀에서 유래된 칼슘 신호가 심장 박동을 조절하는 데 도움이 되는 세포 시스템으로 빠르게 전달될 수 있음을 시사합니다.

연구자들은 또한 심방세동에서 리소좀의 역할을 조사했습니다. 그들은 리소좀이 동물 모델과 인간 조직 샘플 모두에서 더 크고 동율동 조절 조직과 비교하여 다른 세포 구조와 변경된 공간 관계를 나타냄을 발견했습니다. 연구팀은 또한 손상된 구성 요소를 분해하고 재활용하는 세포 과정인 리소좀 기능과 자가포식(autophagy)과 관련된 단백질의 변화를 확인했습니다.

하이델베르크 대학교 만하임 의과대학의 Niels Voigt 교수이자 이 연구의 저자이기도 한 임상 과학자는 다음과 같이 말했습니다. “심방 세동은 가장 흔한 심장 부정맥이며 리소좀 신호 전달을 표적으로 삼는 것은 이 일반적인 질환에 대한 치료법을 개발하기 위한 완전히 새로운 길을 열 수 있습니다.”

이번 연구의 저자이자 옥스퍼드 대학교 약리학과 안토니 갈리오네(Antony Galione) 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이 연구는 리소좀 칼슘 방출의 또 다른 구체적인 역할을 확인하여 이러한 작은 소기관이 어떻게 고도로 국소화된 칼슘 신호를 제공하여 주요 세포 과정을 선택적으로 조절할 수 있는지를 강조합니다.”

종합적으로, 이러한 발견은 심방 세동이 세포 내 신호 전달 영역 및 세포 소기관 조직의 변화를 포함하여 심방 심장 근육 세포 내의 구조적 리모델링과 연관되어 있음을 시사합니다. 이러한 변화가 질병의 발병 또는 진행에 어떻게 기여하는지 확인하려면 추가 연구가 필요합니다.

이 작업은 왕립학회(Royal Society)와 웰컴 트러스트(Wellcome Trust)의 자금 지원을 받았습니다.

‘리소좀 신호 전달 경로는 심장 박동에 영향을 미치고 심방 기능을 조절합니다’라는 논문이 심혈관 저널(DOI:10.1093/cvr/cvag207)에 게재되었습니다.