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| 자가포식의 모식도 |
Autophagy[1] 또는 Autophagocytosis
1. 개요
오토파지(Autophagy)는 세포가 살아가는 데에 있어서 불필요한 세포 구성 성분을 스스로 파괴하는 것이다. 특히 세포의 영양소가 결핍될 경우 미토콘드리아, 독성 단백질 등을 이중막으로 둘러싼 후 리소좀으로 가수분해를 하여 단백질(영양분)을 재활용한다. 오토파지의 종류로는 macroautophagy, microautophagy, chaperone-mediated autophagy가 있다.2. 상세
오토파지는 에너지가 부족하거나 극심한 스트레스를 받았을 때, 세포가 노화되거나 손상이 일어났을 때 일어난다. 크게 인식과 격리, 오토파고솜 형성, 분해 및 재활용의 3 단계에 걸쳐 일어나는 것을 알려져 있다."인식과 격리" 단계는 오토파지의 시작 단계이며, 세포가 자신의 손상되었거나 혹은 불필요한 구성 요소를 식별하고 격리하기 시작한다. 주로, 손상된 단백질이나 오래된 소기관들이 인식되어 격리된다.
"오토파고솜 형성" 단계는 앞서 격리된 부위를 이중막으로 둘러싸서 오토파고솜(autophagosome)이라는 리소좀[2]을 형성하여 내부를 분해하는 단계이다. 인식 단계에서 ATG(autophagy-related genes)로 알려진 단백질들이 활성화되며, 이 단백질들로 인해 작은 막 구조인 포어를 만들고 이를 확장하여 격리된 세포를 완벽하게 감싸게 된다. 이 리소좀 내부에는 다양한 가수분해 효소가 들어있어 세포 내 손상된 구성 요소들을 분해하고 회수하게 된다.
3. 역사
세포의 구조와 기능에 관한 연구로 노벨상을 수상한 벨기에 과학자 크리스티앙 드 뒤브(Christian du Duve)가 1962년에 'autophagy'라는 이름을 사용하기 시작했다. 그는 세포 소기관이 이중 막으로 둘러싸인 것을 발견하고 이를 오토파지 액포(autophagic vacuole)라고 불렀다.1988년 일본의 오스미 요시노리 교수가 효모 내부에서의 분해 메커니즘을 규명하는 연구를 하면서 자가포식에 대한 연구는 다시 시작되었고 1992년에 효모 내부에서 이루어지는 자가포식의 과정을 밝혀내는 데 성공하였다. 이듬해인 1993년에는 자가포식에 관여하는 효모 유전자 15개를 찾아내었다.
자가포식의 메커니즘을 밝힌 오스미 요시노리는 2016년에 노벨생리학·의학상을 수상하였으며, 2017년 실리콘밸리 노벨상이라 불리는 Breakthrough Prize도 수상하였다.
그 후, 많은 과학자들이 자가포식의 메커니즘을 밝혀내기 위한 연구에 뛰어들었다.
4. ACD(autophagic cell death)
오른쪽이 정상적인 자가포식이고, 왼쪽의 그림이 자가포식으로 세포가 죽는 경우이다. 보이는 것처럼 세 번째 단계까지는 차이가 없으나, 마지막에 이르러서 갑자기 차이가 나타난다. 이 부분에 대한 연구는 아직 확실하게 이루어지지 않았으며, 스트레스가 이를 촉진할 수 있다고 알려졌다.
http://www.jbc.org/content/early/2006/08/10/jbc.M607007200.full.pdf
5. 기타
만화 토리코에서는 주인공의 최후의 버프기처럼 사용된다. 일단 한 번 발동되면 일시적으로 체내의 칼로리 제한이 사라지고, 보유한 기술이 상당히 강화되나 5분이라는 제한시간 안에 음식을 먹지 못하면 그대로 죽게 된다. 대신 음식을 먹게 되고 오토파지가 종료되면 몸 속 세포가 이전보다 강화된다. 특히 이때 더 맛있는 음식을 먹었을 때, 또는 자신의 세포의 적합식재를 먹었을 때, 일반적인 구르메 세포의 성장과 비교가 안 될 정도로 강화된다. 그러나 시간제한에 뭘 먹지 못한다면 죽으니 말 그대로 이판사판이라 작중 많이나오는 기술은 아니다.[3] 영화 미식신의 스페셜메뉴에서 기림이 일부러 자신을 굶주려서 오토파지를 발동시키고 엔드로스를 흡수해서 구르메 세포의 강화치를 최대로 끌어올리기도 했다. 그러나 사수전 이후로는 사천왕 전원이 식의와 식몰을 익힌 덕에 대량의 에너지를 비축해둬서 오토파지가 더이상 나오지 않는다.만화 켄간 아슈라에서 주인공 토키타 오우마도 '보조 배터리'라는 명칭으로 한번 사용했다. 연속된 격전에서 체내의 열량을 소비하는 중 이마이 코스모와의 싸움에서 체력이 못버티자 일부로 더 격렬히 움직여 모든 에너지를 전부 소모시킴으로서 발동시켰다. 나름 습득 과정도 있는데, 본래 오의 수련 중 몇날 며칠을 휴식도 취하지 못한채 굶다가 의식을 잃기 직전에 갑작스럽게 몸이 가벼워진 것을 느꼈고, 스승은 그 감각에 대해 인간이 극한까지 에너지를 소모하면 보조 배터리가 작동한다는 식으로 오우마가 이해할 수 있는 설명으로 가르쳐주었다.
새로운 연구에 따르면 오토파지 단백질 ATG-16.2가 세포 노폐물 관리와 수명 연장에 중요한 역할을 한다고 밝혀졌다. 이 연구는 ATG-16.2가 예상치 못한 방식으로 노화 과정에 관여할 수 있음을 시사하며, 이는 향후 신경 건강 개선과 수명 연장을 위한 유전자 조작 가능성을 열어줄 수 있다고 한다.
UCLA 연구팀이 오토파지 기능 장애가 심부전을 유발할 수 있는 메커니즘을 밝혀냈다. 연구에 따르면, 오토파지의 장애가 NAD+ 수준을 조절하는 신호 경로와 관련이 있으며, 이는 심근 세포의 기능 저하로 이어진다고 했다. 이 발견은 심부전 치료에 새로운 치료법을 제시할 수 있을 것이라고.
새로운 광역학 치료(PDT) 연구에서 특정 암 세포를 선택적으로 파괴하는 데 오토파지 메커니즘이 중요한 역할을 한다고 밝혀냈다. 연구진은 새로운 광민감제인 폴필리포프로테인(PLP)이 암 세포 내 오토파지 소체에 축적되어 세포 괴사를 유도하는 과정을 밝혔다. 이는 암 치료 개발에 새로운 가능성을 열어줄 수 있다고 했다.
한 연구에서 연구는 오토파지의 장애가 심장 질환을 악화시키는 데 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 통찰을 제공했다. 연구진은 오토파지 기능 장애가 심장 세포에서 NAD+ 수준을 감소시켜 미토콘드리아 및 심장 기능 저하를 초래한다고 밝혔다. 이는 심장 질환 치료를 위한 새로운 접근법을 제시한다.