미국 세인트루이스 워싱턴대 의과대학 마취과 바하 엘젠디 박사팀이 진행한 쥐 실험 결과, 일정 성분의 화합물이 세포 내에서 운동의 신체적 효과를 모방할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 지난 3월 17일~21일 열린 ‘미국 화학회(AMERICAN CHEMICAL SOCIETY) 춘계학술대회’ 하이브리드 회의(온오프라인 동시 진행)에서 발표된 내용으로 심부전 및 신경 퇴행성 질환을 포함한 근육 위축 및 기타 질병을 치료할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것으로 내다보고 있다.
바하 엘젠디 박사는 “운동은 모든 수준에서 중요하며 대체할 수 없는 활동으로, 운동을 할 수 있다면 당연히 운동을 해야 한다”며 “하지만 운동을 하지 못하는 사람들에게 운동효과가 필요한 경우가 많다”고 말했다.
운동의 강력한 신체적 효과는 근육 세포의 신진대사와 성장을 촉진하고 근육 능력을 향상시키는 데 있다. 연구진은 “이러한 효과를 모방할 수 있는 약물은 나이가 들거나 암, 특정 유전 질환 또는 기타 이유로 규칙적인 신체 활동을 할 수 없을 때 필요하다”고 말했다. 일부 질환에 의해 발생할 수 있는 근육 위축과 약화를 이 약물을 통해 상쇄할 수 있다는 설명이다. 이같은 작용은 예를 들어 체중감량 약물이 신체의 지방과 근육을 모두 빠지게 만드는 것도 어느정도 막을 수 있다.
운동과 관련된 몸의 신진대사 변화는 세 가지 형태로 존재하는 에스트로겐 관련 수용체(ERR)로 알려진 특수 단백질의 활성화로 시작된다. 이러한 유형의 ERR은 운동으로 인한 스트레스 적응과 근육의 다른 중요한 생리적 과정을 조절한다. 엘젠디 박사팀은 약 10년간의 연구 끝에 이 수용체의 가장 까다로운 표적인 ERRα를 포함한 세 가지 형태(ERRα, ERRβ, ERRγ)를 모두 활성화하는 SLU-PP-332라는 화합물을 개발했다.
연구팀은 쥐를 대상으로 한 실험에서 이 화합물이 피로에 강한 유형의 근육 섬유를 증가시키는 동시에 러닝머신에서 달릴 때 지구력을 향상시킨다는 사실을 발견했다.
연구진은 SLU-PP-332의 효과를 더 확인하기 위해 ERR의 구조와 이를 활성화하는 분자와의 결합 방식을 면밀히 조사했다. 그런 다음, 수용체와의 상호작용을 강화해 SLU-PP-332보다 더 강력한 반응을 유발할 수 있는 새로운 분자를 설계했다. 안정성, 독성 가능성 최소화 등 다른 특성도 고려해 분자를 최적화했다. 특허를 받을 수 있도록 분자 변형도 이뤄졌다.
이후 쥐의 심장 근육 세포 약 1만5000개 유전자에서 유전자 발현의 척도인 RNA를 조사했고, 이를 SLU-PP-332의 효능과 새로운 화합물의 효능을 비교했다. 새로운 화합물은 RNA의 존재를 더 크게 증가시켜 운동의 효과를 더 강력하게 시뮬레이션할 수 있음을 시사했다.
SLU-PP-332를 사용한 연구에 따르면 ERR을 표적으로 삼으면 특정 질병에 유용할 수 있다. 이를 사용한 동물 실험에 따르면 비만, 심부전 또는 노화에 따른 신장 기능 저하를 예방할 수 있었다. 이는 새로운 화합물도 유사한 효과를 나타낼 수 있음을 시사한다.
앞서 말한 에스트로겐 관련 수용체 ERR의 활성은 알츠하이머병 환자나 다른 신경 퇴행성 질환자의 뇌에서 발생하는 손상 과정에 대응하는 것으로 알려져 있다. 연구진이 기존에 개발한 SLU-PP-332는 뇌로 전달되지 않았지만, 새로운 화합물 중 일부는 뇌로 전달되도록 개발됐다.
엘젠디 박사는 “모든 질환에서 ERR은 중요한 역할을 한다”며 “이를 효과적으로 활성화할 수 있는 화합물이 있다면 운동과 관련한 많은 유익한 효과를 창출할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구진은 이들이 공동 설립한 스타트업 회사 펠라고스 파마슈티컬스를 통해 동물 모델에서 새로운 화합물을 테스트할 계획이다. 이 화합물을 신경 퇴행성 질환의 잠재적 치료제로 개발할 가능성도 검토하고 있다. 해당 연구는 미국 국립보건원 산하 국립노화연구소의 지원을 받아 실행됐다.