페로프토시스는 자연적 형태의 세포 사멸을 의미한다. 이 과정에서 세포 내 철분이 주요 역할을 하며, 세포막의 산화적 분해가 특징이다. 또 연구팀은 FSP1(ferroptosis suppressor protein-1)을 비타민 K를 줄이는 와파린( 항응고제) 불감증 효소로 확인했다. 이는 과학자들이 추정만 했을 뿐 반세기 이상 정체가 알려지지 않았던 효소이다.
최근 몇 년 동안 페로프토시스가 알츠하이머병과 급성 장기 손상을 포함한 많은 질병과 연관된 것으로 드러났다. 새로운 연구 결과는 비타민 K 치료가 페로프토시스와 관련된 다양한 질병을 치료하는 새롭고 효과적인 방법일 수 있다는 견해를 뒷받침한다.
비타민 K는 강력한 페로프토시스 억제제
세포 사멸 예방은 많은 퇴행성 질환의 치료에 매우 유망한 접근법으로 여겨지고 있다. 이 때문에 페로프토시스를 조절하는 새로운 메커니즘과 화합물이 광범위하게 연구되고 있다.
헬름홀츠센터 신진대사 및 세포사 연구소의 미시마 에이칸 박사와 마르쿠스 콘래드 박사가 이끄는 연구팀은 일본 도호쿠대, 캐나다 오타와대, 독일 드레스덴기술대와 협업해 자연적으로 발생하는 비타민과 유도체를 체계적으로 연구했다.
제1저자인 에이칸 박사는 “놀랍게도 필로퀴논(비타민 K1)과 메나퀴논-4(비타민 K2)를 포함한 비타민 K가 페로프토시스로부터 세포와 조직을 효율적으로 구조할 수 있다는 사실을 확인했다”고 설명했다.
비타민K 환원효소 FSP1의 비밀을 풀다
2019년 콘래드 박사 연구팀은 이미 페로프토시스 억제제로서 FSP1 효소를 확인했다. 이번에는 완전히 환원된 형태의 비타민 K(비타민 K 하이드로퀴논)가 지질 이중층에 활성산소를 가두어 페로프토시스를 억제하는 강력한 친유성 항산화제임을 발견했다.
또 FSP1이 비타민 K를 효과적으로 비타민 K 하이드로퀴논으로 전환시키는 효소임을 발견했다. 비타민 K는 혈액 응고에 중요하다. 연구팀은 FSP1이 가장 일반적으로 사용되는 항응고제 중 하나인 와파린에 저항하는 비타민 K-환원 경로의 원인이라는 것을 추가로 알아냈다.
비타민 K 대사 이해의 돌파구
연구팀은 이 효소의 정체를 밝혀내면서 혈액 응고에서 비타민 K 대사의 마지막 수수께끼를 풀었고 왜 비타민 K가 와파린 과다복용 해독제를 구성하는지 분자 메커니즘을 설명했다.
콘래드 박사는 “우리의 연구는 페로프토시스 연구와 비타민 K 생물학의 두 세계를 이어준다”면서 “이는 페로프토시스가 관여된 질병에 대한 새로운 치료 전략을 개발하는 디딤돌이 될 것”이라고 말했다.
페로프토시스는 가장 오래된 유형의 세포사멸 중 하나일 가능성이 높기 때문에, 연구팀은 비타민 K가 가장 오래된 유형의 자연발생 항산화제 중 하나일 수 있다는 가설을 세웠다. 따라서, 생명의 진화 과정에서 비타민 K의 역할에 대한 새로운 측면이 밝혀질 것으로 기대된다.
이 연구는 《네이처》에 발표됐다. 원제는 ‘A non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor’.
