<사진설명: 본 과제에서 제시하는 핵심 연구결과>

순천향대학교(총장 송병국) 순천향의생명연구원(SIMS) 황용성 교수 연구팀이 세포 표면공학 기술을 활용해 세포의 기계적 신호 전달을 강화하고, 이를 통해 지방세포 분화를 억제하는 새로운 메커니즘을 규명했다.

이번 연구는 순천향대 박사후연구원 정지훈 연구자, 순천향대학교 부천병원 차한규 교수, 단국대학교 김해원 교수, 순천향대 조계원 교수 연구팀과의 공동연구로 수행됐다.

연구팀은 세포 표면 단백질의 이황화결합(disulfide bond)에 주목했다. 세포는 주변 기질과 결합할 때 인테그린과 초점부착 복합체를 통해 외부의 기계적 신호를 감지하고, FAK–RhoA/ROCK 경로를 통해 세포골격을 재편하며 분화를 조절한다. 그러나 기존 연구는 주로 기질 강성 조절이나 유전자 조작에 의존해 왔으며, 세포 표면의 화학적 결합 자체를 조절하는 전략은 제한적이었다.

이에 연구팀은 환원제인 TCEP(Tris(2-carboxyethyl)phosphine)를 활용해 세포 표면 단백질의 티올(–SH)기를 증가시키는 ‘티올 엔지니어링’ 전략을 적용했다. 그 결과, 인테그린 α5β1–FAK 신호전달 경로가 활성화되면서 세포 확장과 초점부착 형성이 유의하게 증가했다.

세포 견인력 현미경과 세포 내 인장력 분석 결과, TCEP 처리 세포는 기질에 가하는 힘과 세포 내부 장력이 모두 증가했으며, 이 기계적 힘이 세포골격을 따라 핵까지 전달되는 것이 확인됐다. 특히 라민 A/C 기반 핵 외막 분석에서 핵 면적과 신장도가 증가하고 핵 주름이 감소하는 등, 핵이 보다 높은 기계적 장력을 유지하는 상태로 변화했다. 이는 세포골격-핵 연결 복합체를 통한 힘 전달이 강화되었음을 시사한다.

이러한 변화는 지방세포 분화 과정에 직접적인 영향을 미쳤다. 세포-기질 부착 강화와 세포골격 장력 증가는 지방세포 분화에 필요한 세포 형태 변화와 세포골격 이완을 억제했고, 그 결과 지방분화 관련 유전자 발현과 지방 축적이 효과적으로 차단됐다.

이번 연구는 ‘Modulating cell surface chemistry through mild reduction reinforces extracellular-to-intracellular transmission forces and mechano-signaling’이라는 제목으로 국제학술지 Materials Today Bio(Impact Factor 10.2, 2025 JCR 기준 Engineering·Biomedical 분야 상위 6.9%) 2026년 2월호에 게재됐다. 또한 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’에도 선정되며 연구의 우수성을 인정받았다.

교신저자인 황용성 교수는 “이번 연구는 세포 표면 화학의 미세한 조절만으로도 기계신호 전달과 세포 운명을 정량적으로 제어할 수 있음을 보여준 사례”라며 “유전자 조작 없이 세포의 기계적 상태와 분화 방향을 조절할 수 있는 새로운 플랫폼 기술로, 지방조직 질환 연구와 섬유화 질환 모델링, 조직공학 및 세포치료제 개발 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 본 연구는 지역혁신선도연구센터 및 해외우수과학자유치사업의 지원을 받아 수행됐다.