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한국실험동물학회 뉴스레터	2023년 9월
[우수논문 소개] 갈색지방조직 맞춤형 동정맥 대사체 분석 기법 정립

갈색지방조직 맞춤형 동정맥 대사체 분석 기법 정립 제1저자 정수명 교수, 성균관대학교 생명과학과, sumyung.jung@skku.edu <연구의 의의> 본 연구결과는 그동안 갈색지방조직 생물학 분야에서 긴요하게 필요로 해온, 시스템 수준에서의 갈색지방조직이 사용/생성 및 분비하는 대사 물질들과 관련한 빅데이터를 제공한다는 점에서 높은 학술적 의의가 있다. <연구 요약> 성균관대 생명과학과 정수명 교수는 메사추세츠 주립대 의과대학 David Guertin 교수 연구팀, 캘리포니아 주립대 Irvine 장철순 교수 연구팀과 함께 갈색지방조직 맞춤형 흡수/분비 동정맥 대사체 분석(Brown Adipose Tissue Tailored Arterio-Venous Metabolomics)을 성공하였다. 갈색지방조직(Brown Adipose Tissue, BAT)은 백색지방조직(White Adipose Tissue, WAT)과 달리 에너지를 열의 형태로 태워 소모할 수 있는 에너지 소비 기관이며, 동면하는 포유류 혹은 아기 몸에 주로 존재하는 체온 유지에 필요한 발열기관으로만 제한적으로 이해되고 있다. 하지만 최근 이러한 갈색지방조직이 최근 성인의 체내에서 발견되면서 그 생물학적 중요성이 크게 대두되고 있다. 특히 최근 연구를 통해 성인이 보유하는 갈색지방조직이 대사적으로 활성 시 상당한 양의 혈중 영양소들을 흡수 및 소모하고 이를 일부 이용하여 다양한 대사 물질을 제작하여 분비할 수 있는 능력이 있다고 보고된 바 있다. 이러한 갈색지방조직의 높은 에너지 대사 능력은 에너지 대사 불균형으로 발생하는 대사성 질환(비만, 당뇨병, 심혈관계 질환)의 예방 및 치료에 사용될 수 있다는 아이디어가 제기되고 있다. 하지만 기술적 한계로 인해 현재까지 갈색지방조직이 어떠한 혈중 대사 물질들을 사용하고 분비하며 생체 에너지 대사 조절에 기여하는지 In vivo 시스템 수준에서 분석된 바는 없다. 이에 정수명 교수는 메사추세츠 주립대 의과대학 David Guertin 교수 연구팀, 캘리포니아 주립대 Irvine 장철순 교수 연구팀과 함께 최신 연구 기법을 적용하여 ‘갈색지방조직 유래 동정맥 혈액 샘플링을 통한 대사체 분석법’을 세계 최초로 정립하고, 이를 기반으로 갈색지방조직이 활성 시 흡수/분비하는 대규모 대사체 리스트를 작성하였다. 이를 통해, 다양한 활성 조건에서 (e.g. 열중립대, 장시간 저온 사육, 급성 저온 노출, 아드레날린수용체 매개 자극) 갈색지방조직이 집중적으로 사용하는 에너지 대사 연료 물질들을 규명하고 그 대사적 기여도를 체계적으로 정량화하였다 [그림 1]. 또한 체내 생리를 조절할 수 있는 아디포카인 후보 대사 물질들을 대거 발굴하고 우리 몸의 또다른 대사 장기인 근육과는 어떻게 같고 다르게 작동하는지 대사적 관점에서 분석하였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 정립한 갈색지방조직 유래 동정맥 대사체 분석 결과 및 ¹³C¹⁵N-글루타민을 이용한 동위원소 추적 기반 대사체 분석, 그리고 갈색지방세포를 이용한 Loss-of-function 연구 모델을 이용하여 연구를 수행한 결과, 활성화된 갈색지방조직 내 갈색지방세포가 글루타민을 활발히 분해함(Catabolism)과 동시에 합성(Anabolism)함을 발견하였다. 이를 통해 독성물질인 암모니아를 처리하고 갈색지방세포 발열에 필요한 연료를 공급할 수 있다는 것을 규명하였다. 포도당과 지질을 주 연료로만 생각해온 갈색지방생물학 연구 분야에 글루타민 또한 핵심 연료로 사용될 수 있다는 새로운 시각을 제시한 셈이다. 본 연구는 그동안 갈색지방조직 생물학 분야에서 긴요하게 필요로 해온, 시스템 수준에서의 갈색지방조직이 사용/생성 및 분비하는 대사 물질들과 관련한 빅데이터를 제공한다는 점에서 높은 학술적 의의가 있다. 특히 갈색지방조직을 이용한 생체 에너지 대사 조절 및 대사 질환 예방 및 치료 관련 중개 연구에 양질의 정보를 제공하는 로드맵으로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 연구팀의 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 메타볼리즘(Nature Metabolism)에 6월 19일(월) 게재되었다. 본 연구는 성균관대학교 기초과학연구소의 교육부 자율운영 중점연구소 지원사업(NRF-2019R1A6A1A10073079) 등의 지원을 받아 수행되었다. [그림 1] 동정맥 대사체 분석 기법을 통한 갈색지방조직 Carbon Influx/Efflux의 정량적 분석. -논문제목: Quantitative analysis of metabolic fluxes in brown fat and skeletal muscle during thermogenesis -페이지번호: 5(7):1204-1220. -발행년도: 2023 -논문URL: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00825-8

갈색지방조직 맞춤형 동정맥 대사체 분석 기법 정립

제1저자

정수명 교수, 성균관대학교 생명과학과, sumyung.jung@skku.edu

<연구의 의의>

본 연구결과는 그동안 갈색지방조직 생물학 분야에서 긴요하게 필요로 해온, 시스템 수준에서의 갈색지방조직이 사용/생성 및 분비하는 대사 물질들과 관련한 빅데이터를 제공한다는 점에서 높은 학술적 의의가 있다.

<연구 요약>

성균관대 생명과학과 정수명 교수는 메사추세츠 주립대 의과대학 David Guertin 교수 연구팀, 캘리포니아 주립대 Irvine 장철순 교수 연구팀과 함께 갈색지방조직 맞춤형 흡수/분비 동정맥 대사체 분석(Brown Adipose Tissue Tailored Arterio-Venous Metabolomics)을 성공하였다.

갈색지방조직(Brown Adipose Tissue, BAT)은 백색지방조직(White Adipose Tissue, WAT)과 달리 에너지를 열의 형태로 태워 소모할 수 있는 에너지 소비 기관이며, 동면하는 포유류 혹은 아기 몸에 주로 존재하는 체온 유지에 필요한 발열기관으로만 제한적으로 이해되고 있다. 하지만 최근 이러한 갈색지방조직이 최근 성인의 체내에서 발견되면서 그 생물학적 중요성이 크게 대두되고 있다.

특히 최근 연구를 통해 성인이 보유하는 갈색지방조직이 대사적으로 활성 시 상당한 양의 혈중 영양소들을 흡수 및 소모하고 이를 일부 이용하여 다양한 대사 물질을 제작하여 분비할 수 있는 능력이 있다고 보고된 바 있다. 이러한 갈색지방조직의 높은 에너지 대사 능력은 에너지 대사 불균형으로 발생하는 대사성 질환(비만, 당뇨병, 심혈관계 질환)의 예방 및 치료에 사용될 수 있다는 아이디어가 제기되고 있다. 하지만 기술적 한계로 인해 현재까지 갈색지방조직이 어떠한 혈중 대사 물질들을 사용하고 분비하며 생체 에너지 대사 조절에 기여하는지 In vivo 시스템 수준에서 분석된 바는 없다.

이에 정수명 교수는 메사추세츠 주립대 의과대학 David Guertin 교수 연구팀, 캘리포니아 주립대 Irvine 장철순 교수 연구팀과 함께 최신 연구 기법을 적용하여 ‘갈색지방조직 유래 동정맥 혈액 샘플링을 통한 대사체 분석법’을 세계 최초로 정립하고, 이를 기반으로 갈색지방조직이 활성 시 흡수/분비하는 대규모 대사체 리스트를 작성하였다. 이를 통해, 다양한 활성 조건에서 (e.g. 열중립대, 장시간 저온 사육, 급성 저온 노출, 아드레날린수용체 매개 자극) 갈색지방조직이 집중적으로 사용하는 에너지 대사 연료 물질들을 규명하고 그 대사적 기여도를 체계적으로 정량화하였다 [그림 1]. 또한 체내 생리를 조절할 수 있는 아디포카인 후보 대사 물질들을 대거 발굴하고 우리 몸의 또다른 대사 장기인 근육과는 어떻게 같고 다르게 작동하는지 대사적 관점에서 분석하였다.

뿐만 아니라, 본 연구에서 정립한 갈색지방조직 유래 동정맥 대사체 분석 결과 및 ¹³C¹⁵N-글루타민을 이용한 동위원소 추적 기반 대사체 분석, 그리고 갈색지방세포를 이용한 Loss-of-function 연구 모델을 이용하여 연구를 수행한 결과, 활성화된 갈색지방조직 내 갈색지방세포가 글루타민을 활발히 분해함(Catabolism)과 동시에 합성(Anabolism)함을 발견하였다. 이를 통해 독성물질인 암모니아를 처리하고 갈색지방세포 발열에 필요한 연료를 공급할 수 있다는 것을 규명하였다. 포도당과 지질을 주 연료로만 생각해온 갈색지방생물학 연구 분야에 글루타민 또한 핵심 연료로 사용될 수 있다는 새로운 시각을 제시한 셈이다.

본 연구는 그동안 갈색지방조직 생물학 분야에서 긴요하게 필요로 해온, 시스템 수준에서의 갈색지방조직이 사용/생성 및 분비하는 대사 물질들과 관련한 빅데이터를 제공한다는 점에서 높은 학술적 의의가 있다. 특히 갈색지방조직을 이용한 생체 에너지 대사 조절 및 대사 질환 예방 및 치료 관련 중개 연구에 양질의 정보를 제공하는 로드맵으로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 연구팀의 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 메타볼리즘(Nature Metabolism)에 6월 19일(월) 게재되었다. 본 연구는 성균관대학교 기초과학연구소의 교육부 자율운영 중점연구소 지원사업(NRF-2019R1A6A1A10073079) 등의 지원을 받아 수행되었다.

[그림 1] 동정맥 대사체 분석 기법을 통한 갈색지방조직 Carbon Influx/Efflux의 정량적 분석.

-논문제목: Quantitative analysis of metabolic fluxes in brown fat and skeletal muscle during thermogenesis

-페이지번호: 5(7):1204-1220.

-발행년도: 2023

-논문URL: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00825-8

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