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Sugar code of life & Glycobiology- 세포표면의 당이 하는 역할Ⅱ - 

Glycans의 역할들

1. 수정, 생식, 배아발달에 관여

2.신경계에서 구조와 정상기능 발현에 관여

3. 암세포의 성장, 전이 억제

4. 혈압, 당뇨, 고지혈 등의 대사장애 개선

5. 호르몬 조절

6. 세포면역 및 면역의 조절

7. 산화 스트레스 조절기능

8. 세포-세포간 소통

9. 줄기세포에 관여

10. 항체기능

[엠디저널]3. 암세포의 성장, 전이 억제
의료와 과학이 급속히 발전함에도 불구하고 자가면역질환, 희귀질환, 암환자는 점차 증가하는 추세이다. 정상 세포의 유전인자들이 돌연변이 되어 통제 불능의 욕심꾸러기 유전인자들로 변화되면 암세포가 되는 것인데 건강한 사람들도 매일 암세포가 생성되고 수천 개의 암세포를 가지고 있지만, 건강한 면역계가 작동하여 대식세포가 암세포와 정상세포를 구분하여 암세포를 찾아내고 포식하거나, 인터페론 등 면역물질을 분비하여 자연살상세포인 NK-Cell을 활성화시켜 암세포를 죽이게 되는 등, 여러 면역시스템과 유전자들의 복합 작용으로 암세포를 파괴하기 때문에 암으로 발전되지 않는 것이다. 즉 인체의 자연방어능력은 상상을 초월할 정도로 정교하고 막강하기 때문에 인체 고유의 면역능력을 강화시키는 것이 가장 안전하고 확실한 암 예방법일 것이다.
암세포가 가지는 가장 큰 특징은 세포주기의 조절과 세포자연사멸 기능이 없어져(anti-Apoptotic) 과다한 세포의 분열(Hyperproliferation)을 계속 지속하며 주변 조직의 영양결핍초래로 정상세포를 파괴하고 주변장기로 전이되어 생명을 위협하는 나쁜 세포로 자리 잡는 것이다(그림 1).

그림1. 암세포의 성장과 조직 파괴

미국 폭스체이스암센터 Erica Golemis 박사 연구팀의 결과를 보면 ‘체내 HDAC6 단백질이 활성화되면 세포의 섬모를 없애게 되고 섬모가 없어진 세포는 주변세포와 신호 교환을 하지 못해 쉽게 암세포로 변한다’라고 밝히고 있고 이 섬모들은 8가지의 단당류로 이루어져있다(그림 2).      

그림2. 섬모의 변화가 암세포

인체에는 많은 당단백질(glycoproteins)은 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있는데 이 당단백질의 당사슬부분의 비정상적 변이들은 암세포의 변이, 전이, 부착성 등에 관여. 암세포끼리 달라붙는 것과 다른 세포와 달라붙는 성질과 연관이 있고, Mannose를 세포에 부착시키면 대식세포가 활성화되고 또한 다른 면역세포들을 자극하여 자연살상세포(NK-Cell)나 다른 백혈구 세포를 활성화시키는 인터페론을 분비시킨다.
암세포막의 당단백질의 변화에 대한 연구는 계속적으로 이루어지고 있는데 특히 악성암에서 세포막의 당단백질의 변화가 두드러지는 것을 알 수 있고 이런 비정상적 당질화(aberrant glycosylation)는 세포내 골지체에 있는 당전이 효소들의 잘못된 발현으로 일어난다. 가장 잘 알려진 경우가 당전이효소 GnT-V로 악성암세포에서 전사인자 ets-1의 조절을 받는 경우와  종양학에서 빈번하게 발견되는 사례로서 시알산 전이효소의 발현이 높아지는 경우인데, 이 시알화된 당질구조는 암이 악성화 되어 성장하는데 밀접하게 관여하는 것으로 알려져 있다. 

그림3. 당사슬의 부착기능과 암 전이

또한 암세포막의 당단백질 구조의 변화를 이용하여 암을 진단하게 되는데 암표지자(cancerbiomarker)인 알파-태아단백질(AFP), 전립선암항원(PSA), CEA, Her-2/neu와 같은 암진단 바이오마커(cancerbiomarker)의 대부분이 당단백질이다. 악성암에 있어 세포막의 글리칸의 변화는 세포간의 부착에 관여하는 글리칸의 역할이 저해되어 암세포간의 밀집이 흩어지게 되고 혈액으로 흘러나오는 암세포가 많아지게 된다. 혈액을 돌아다니던 암세포들이 혈관내피의 글리코칼릭스의 손상으로 부착하기 쉬워지고 조직 속에 침투하게 되어 전이의 과정이 진행되게 된다(그림 3).

세포막의 정상적인 글리칸구조는 면역세포에서는 정상적인 인지, 소통, 면역을 가능하게 하고, 암세포에 있어서는 암세포생성, 전이, 재발과 깊은 관련이 있기에 Glyconutritions의 충분한 섭취와 정상적인 glycosylation 반응은 건강한 세포의 정상적인 대사를 가능케 하는데 필수 불가결한 요소이다(그림 4).

그림4.

4. 혈압, 당뇨, 고지혈 등의 대사장애 개선
암과 함께 혈압, 당뇨, 고지혈 등의 대사성 질환이 꾸준히 증가 하고 있다. 12만km의 길이로 된 혈관은 인체의 영양소를 공급하고 독소를 해독하는 통로다. 혈액순환이 잘되고 혈관이 탄력 있고 깨끗하다면 더 할 나위 없이 건강할 것이다. 혈관내피에도 글리코칼릭스가 존재하고 이층이 비정상적으로 변형이 되면, 혈압, 당뇨, 고지혈 등의 염증성 대사질환으로 진행되게 된다. 많은 연구를 통해 혈관내피세포의 Glycocalyx와 적혈구의 Glycocalyx의 정상적인 상황이 이러한 대사성 질환에 있어 중요한 조절인자임을 밝히게 된다(그림 5).

그림5.

영양소의 통로인 혈관의 글리코칼릭스의 정상적인 존재유무는 혈액순환에 있어 중요한 역할을 하게 된다. 전기적 전도에 의한 혈류의 흐름 개선, 혈액 내 물질에 대한 정보의 전달, 호르몬의 정상적인 기능수행 등으로 인체 내 대사를 올바르게 일어나게 한다.

의학의 발달에도 불구하고 늘어만 가는 호르몬교란성 질환, 자가면역질환, 암뿐만 아니라 새롭게 이름 지어지는 난치병과 만성질환들의 치유의 열쇠는 세포의 자연치유력에 있습니다. 세포의 기본에 충실하면 건강 할 수 있습니다. 

대표적인 염증성 대사질환인 당뇨병에 있어서도 당사슬과의 관계를 살펴보자. 세포의 호르몬 수용체는 Glycan이다. Glycan을 이루는 8가지 당 중 일부가 부족하여 당사슬 수용체가 제 역할을 못 하게 되어 호르몬 저항을 일으킨다, 인슐린은 포도당을 세포내로 넣어주는 호르몬이다. 인슐린호르몬이 저항이 되면 포도당 대사를 개선하기 위해서 인슐린 분비가 증가된다. 계속적으로 인슐린 저항성의 상태에 놓이게 되면 인체 내에 지방이 쌓이게 되고, 혈관경화, 심혈관질환들이 따라서 오게 되면서, 심근경색, 뇌졸중의 심혈관계 관련 질병유발율이 높아진다. 인슐린의 세포 수용체에는 만노스, 갈락토스, 푸코오스, N-아세틸글루코스아민 및 시알산을 함유하는 올리고당 측쇄가 있고 다른 세포형에는 다른 당 사슬이 있다.

인슐린 수용체의 글리코실화 기능 부전은 세포의 인슐린 합성과 분해 시 비정상적인 당대사 과정의 원인이 된다. 프로글루카곤(글리카곤 호르몬전구체)의 글리코실화 및 글루카곤 세포 수용체는 혈당치와 인슐린 분비 조절 담당 호르몬인 글루카곤의 적절한 결합과 작용에 필요하다. 이렇듯 정상적인 대사가 이루어지는데 있어 Glycan과 Glycosylation의 정상화는 생명 현상에 있어 중요한 요소이다.

그림6.

“자연에는 약 200가지의 단당류가 있지만, 단지 8개의 특별한 당이 에너지원이 아닌 비대사성 생리활성 물질로 인체의 구성요소로 쓰인다.” 

<다음호에 계속>

정은주  emd@mdjournal.net

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