과학자들은 암세포의 숨겨진 에너지원을 발견했습니다.

미토콘드리아(자홍색)가 핵 주변부(청록색 핵)와 핵 '딤플'(움푹 들어간 부분)에 축적되는 모습이 보이는 국한된 암세포. 사진 제공: Rito Ghose, Fabio Pezzano/Centro de Regulación Genómica

네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 발표된 연구에 따르면, 암세포는 물리적으로 압박을 받으면 즉각적이고 에너지가 풍부한 반응을 보입니다. 이러한 에너지 급증은 세포가 DNA 손상을 복구하고 인체의 혼잡한 환경에서 생존하는 데 도움이 되는 방어 기제의 첫 번째 사례로 보고되었습니다.

이번 연구 결과는 암세포가 종양 미세환경을 기어 다니거나, 다공성 혈관으로 들어가거나, 혈류의 격렬한 공격을 견뎌내는 등 복잡한 기계적 충격에서 어떻게 살아남는지 설명하는 데 도움이 됩니다. 이러한 메커니즘의 발견은 암세포가 전이되기 전에 이를 고정하는 새로운 전략으로 이어질 수 있습니다.

바르셀로나에 있는 유전체 조절 센터(CRG) 연구진은 살아있는 세포를 머리카락 굵기의 약 30분의 1인 3마이크론(마이크론)으로 압축할 수 있는 특수 현미경을 사용하여 이 같은 사실을 발견했습니다. 연구진은 압축된 후 몇 초 만에 HeLA 세포의 미토콘드리아가 핵 표면으로 이동하여 세포의 분자 에너지원인 ATP를 추가로 펌핑하는 것을 관찰했습니다.

"이 연구는 인체에서 미토콘드리아의 역할을 재고하게 만듭니다. 미토콘드리아는 세포에 전력을 공급하는 정적인 배터리가 아니라, 세포가 말 그대로 한계에 도달했을 때 비상 상황에 투입될 수 있는 민첩한 응급 구조대와 같습니다."라고 이 연구의 공동 교신저자인 사라 스델치 박사는 말합니다.

미토콘드리아는 핵이 안쪽으로 움푹 패일 정도로 촘촘한 헤일로를 형성했습니다. 이러한 현상은 갇힌 HeLa 암세포의 84%에서 관찰된 반면, 부유하고 압축되지 않은 세포에서는 거의 관찰되지 않았습니다. 연구진은 이 구조를 핵 관련 미토콘드리아를 뜻하는 "NAM"이라고 부릅니다.

NAMs의 작용을 알아보기 위해 연구진은 ATP가 핵으로 유입될 때 발광하는 형광 센서를 배치했습니다. 세포가 압착된 후 3초 이내에 신호가 약 60%까지 치솟았습니다. 이 연구의 공동 제1저자인 파비오 페차노 박사는 "이는 세포가 압력에 적응하고 신진대사를 재조정하고 있다는 분명한 신호입니다."라고 말했습니다.

이후의 실험들은 왜 전력 급증이 중요한지 밝혀냈습니다. 기계적 압착은 DNA에 스트레스를 가하여 가닥을 끊어버리고 인간 유전체를 엉키게 합니다. 세포는 ATP에 목마른 복구팀에 의존하여 DNA를 느슨하게 하고 손상된 부위에 도달하여 손상을 복구합니다. ATP의 추가 공급을 받은 압착된 세포는 몇 시간 안에 DNA를 복구했지만, ATP를 받지 못한 세포는 제대로 분열하지 못했습니다.

연구진은 질병과의 관련성을 확인하기 위해 17명의 환자로부터 채취한 유방 종양 생검 결과도 분석했습니다. NAM 헤일로는 침윤성 종양 전단 핵의 5.4%에서 발견된 반면, 고밀도 종양 핵에서는 1.8%에서 발견되어 세 배의 차이를 보였습니다. 이 연구의 공동 제1저자인 리토브라타(리토) 고스 박사는 "환자 생검에서 이러한 특징을 확인함으로써 실험실 연구실을 넘어서는 관련성을 확신하게 되었습니다."라고 설명했습니다.

연구진은 또한 미토콘드리아 러시를 가능하게 하는 세포 공학을 연구할 수 있었습니다. 근육을 굽힐 수 있게 하는 단백질 케이블인 액틴 필라멘트가 핵 주위를 감싸고, 소포체는 그물망처럼 그물을 형성합니다. 이 결합된 지지대가 NAM을 물리적으로 제자리에 가두어 헤일로와 같은 구조를 형성한다는 것이 연구에 의해 밝혀졌습니다. 연구진이 액틴을 분해하는 약물인 라트룬쿨린 A를 세포에 처리하자 NAM 형성이 붕괴되고 ATP 조수가 감소했습니다.

전이성 세포가 NAM에 의해 유도되는 ATP 급증에 의존한다면, 스캐폴드를 차단하는 약물은 미토콘드리아를 광범위하게 중독시키지 않고 건강한 조직을 손상시키지 않으면서 종양의 침습성을 낮출 수 있습니다. 이 연구의 공동 교신저자인 베레나 루프레히트 박사는 "기계적 스트레스 반응은 암세포의 아직 밝혀지지 않은 취약점으로, 새로운 치료 가능성을 열어줄 수 있습니다."라고 말합니다.

이 연구는 암세포를 대상으로 했지만, 저자들은 이러한 현상이 생물학에서 보편적인 현상일 가능성이 높다고 강조합니다. 림프절을 뚫고 나오는 면역 세포, 가지를 뻗어 나가는 신경 세포, 그리고 형태 형성 과정 중 배아 세포는 모두 유사한 물리적 힘을 경험합니다.

"세포가 압력을 받는 곳이라면 어디에서든 핵에너지 증폭이 유전체의 온전성을 보호할 가능성이 높습니다."라고 스델치 박사는 결론지었습니다. "이것은 세포 생물학에서 완전히 새로운 차원의 조절이며, 세포가 극심한 물리적 스트레스 상황에서 어떻게 살아남는지에 대한 우리의 이해에 근본적인 변화를 가져옵니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251004092915.htm