지질 중개자들(lipid mediators)이 어떻게 만들어지는지가 러시아 학자들과 피츠버그대학교(Pittsburgh University) 연구자들의 공동 연구로 밝혀졌으며, 연구 결과는 학술지 Nature Chemistry 의 최근호에 실렸다. 지질 중개자는 염증 프로세스(inflammation process)에 중요한 역할을 하는 분자들이며, 이들 분자 중 일부 대한 연구 공로로 1982년 노벨상이 수여되었다.
미토콘드리아는 “세포 발전소(cellular power plants)”로 잘 알려져 있으며, 다양한 물질들의 산화로 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP)이 만들어지는 세포 기관(organelles)이다. 그리고, ATP는 세포 내부에서 에너지의 전달과 수송에 널리 이용되는 분자이다.
하지만, 이것이 미토콘드리아의 유일한 역할은 아니다. 모스크바주립대학교(Moscow State University) 기초의학부 교수인 발디미로브(Yuri Vladimirov)에 따르면, 미토콘드리아는 에너지 전달을 담당하는 구조물일 뿐만 아니라 프로그램화된 세포사멸 과정은 물론 세포 내 프로세스들을 조절하는 분자들의 생성에 관여하는 화학 공장이기도 한다.
바로 이 미토콘드리아 화학공장에 대한 연구가 이번에 실린 논문의 연구 주제였다. 즉, 지질 중개자들을 만드는 새로운 생합성 경로가 카강(Valerian Kagan)이 이끄는 국제 연구팀에 의해 밝혀졌다. 중개자 또는 메신저는 외부 시그널을 생화학 경로로 전달하여, 세포 내 수준에서 일어나는 프로세스들에 영향을 미치는 화학 성분들이다. 지질 중개자는 지방 유사 분자들이고, 이들 분자에 대한 연구는 1930년 이후 이루어져 왔으며, 그때 염증과정에 이들 지방 유사 물질들이 관여한다는 것이 밝혀졌다.
지질 매개자에는 프로스타글란딘류(prostaglandins )와 같은 물질들이 속하는데, 프로스타글란딘류에는 항염증 특성을 가지거나 혈압과 혈전증 위험을 낮추는 유익한 분자도 있고, 그 반대로 작용하는 유해 분자들도 있으며, 이들 유해한 성분들은 아스피린과 같은 항염증성 약물의 타깃이 된다. 1982년, 스웨덴의 생화학자들(Sune Bergstrom and Bengt Samuelsson)은 프로스타글란딘에 대한 연구로 생리의학부분의 노벨상을 수상했다.
지질 중개자는 불포화지방산으로부터 만들어지는데, 불포화지방산은 잘 알려진 ω-3 또는 ω-6 지방산처럼 두 개 또는 그 이상의 이중 결합을 가지는 지방산들이다. 하지만 최근까지도 이들이 만들어지는 방법과 장소에 대해서는 알려지지 않았었다. 그런데 이번 연구는 미토콘드리아의 내막과 외막 사이에 존재하는 사이토크롬의 도움으로 폴리불포화지방산들(polyunsaturated fatty acids )이 미토콘드리아 안에서 산화가 진행된다는 것을 보여준다.
이는 완전히 새로운 방식으로, 대사 조절에 이용되는 지질 분자들이 만들어지는 것이다. 그리고, 두 가지의 조직 유형, 즉 생쥐의 장과 쥐의 뇌를 대상으로 연구를 통해서, 이 중개자의 생성과정이 손상된 조직에 집중된다는 것이 발견되었다. 저자들은 이번에 밝혀진 지질 중개자의 생합성 메커니즘이 어떤 질환에 있어 이 과정, 특히 프로스타글란딘 합성의 조절을 위한 조작에 이용될 수 있을 것으로 기대한다.
Russian scientists, in collaboration with their colleagues from Pittsburgh University, find how lipid mediators are produced. The relevant paper was publish in Nature Chemistry. Lipid mediators are molecules playing an important role in inflammation process. A study devoted to some of them has earned a Nobel prize in 1982.
Mitochondria are known as "cellular power plants", the organelles where oxidation of various substances leads to formation of adenosine triphosphate (ATP), a molecule universally used for storage and transportation of energy inside cells. But this is not the only role of mitochondria. Yuri Vladimirov, member of Russian Academy of Medical Science, head of Medical Biophysics Department, Faculty of Fundamental Medicine, Moscow State University, explains: "Mitochondria are not only a structure responsible for energy transfer but also a chemical factory involved in production of molecules regulating the intracellular processes as well as the process of apoptosis, the programmed cell death."
International science team from Pittsburgh University lead by Valerian Kagan, including academician Yuri Vladimirov, has discovered a new biosynthetic pathway to generate lipid mediators. Mediators, or messengers, are the chemical compounds that transfer external signals into biochemical pathways and thus affect the processes that run on intracellular level. Lipid mediators are fat-like molecules.
These molecules have been studied since 1930-s, when their role as messengers in inflammation process was discovered.
Lipid mediators include such group as prostaglandins including "useful" molecules having anti-inflammatory properties, lowering blood pressure and thrombosis risk, as well as others having opposite action. These "harmful" compounds are targets for anti-inflammatory drugs like aspirin.
In 1982, Swedish biochemists Sune Bergström and Bengt Samuelsson earned Nobel prize in Physiology and Medicine for their studies of prostaglandins.
Lipid mediators are produced from polyunsaturated fatty acids (this is a class of fatty acids having two or more double bonds such as the well known ω-3 or ω-6 fatty acids). But till recently scientists were ignorant about how and where this process runs.
New studies show that polyunsaturated fatty acids are being oxidized inside mitochondria with the help of cytochromes stored between the internal and external mitochondrial membranes. This is a fundamentally new way to synthesize lipid molecules used in metabolism regulation.
Working with two tissue types, mouse intestinal and rat cerebral, the scientists find this process is intensified in injured tissues.
"Our article is to a large degree a result of many years' studies of a research group lead by a former Soviet, now American researcher of Russian origin Valerian Efimovich Kagan, former winner of the USSR State prize in Science and Engineering (as well as some other Soviet scientists including myself)," -- Yuri Vladimirov tells, -- "During the last few years, Valerian Efimovich managed to establish a first-class laboratory equipped with the most modern equipment including nearly ten mass-spectrometers that allowed to recover the chemical composition of the products of the reactions that run inside mitochondria normally and in case of certain pathologies.
My personal contribution to this work and that of my PhD student Anna Sergeevna Vikulina (also a co-author of this work, affiliated with the Faculty of Fundamental Medicine of Moscow State University) is in development of a data reduction algorithm and in interpretation of mass spectra during our lengthy visits to V. E. Kagan's lab".
Authors expect that knowledge of the mechanism of biosynthesis of lipid mediators may be applied to manipulate this process during certain diseases. In particular, to regulate prostaglandin synthesis during inflammation.
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