건국대 김성영 교수팀, AI 기반 혈관 노화 유전체 지도 구축

노인성 혈관 질환 치료의 새로운 패러다임 제시

건국대 김성영 교수

건국대학교 의학전문대학원은 의학과 김성영 교수 연구팀이 혈관 내피세포의 노화를 조절하는 핵심 유전자 발현 지도를 구축했다고 21일 밝혔다.

자체 개발한 인공지능(AI) 알고리즘을 이용한 이번 연구는 새롭게 혈관 노화 관련 핵심 인자와 생물 경로를 발굴해 노인성 혈관 질환 치료의 새로운 패러다임을 열 가능성을 제시했다.

이번 연구는 노화 분야 권위지인 ARR(Ageing Res. Rev., IF:10.62)지 최신호(Volume 65, 2021, 1월호)에 온라인 게재됐다. 포스텍 ‘한국을 빛낸 사람들’(한빛사) 에서 선정한 ‘high impact journal’에 등재됐다.

건국대 연구팀은 “‘혈관이 늙는 만큼 사람은 늙는다’는 말이 있을 정도로 혈관 노화는 노인성 질환의 핵심 원인으로 인지돼 왔지만 혈관이 어떻게 늙어 가는 지와 노인성 혈관 질환의 분자생물학적 메커니즘은 불분명하다”며 “혈관 내피세포는 혈관 내벽을 구성하는 세포로 동맥경화와 혈관 재협착 등 혈관 질환에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다”고 설명했다.

김성영 교수 연구팀은 자체 개발한 기계학습 기반 메타분석 알고리즘(MLMA·machine learning-based meta-analytic methods)을 이용해 혈관 노화의 특이적 전사체 지도를 완성했다.

혈관내피세포 노화 전사체 지도

연구팀은 개별 생물 경로 기반 기계학습 알고리즘을 메타분석과 결합해 일관성을 확보할 수 있는 새로운 형태의 AI 메타분석 알고리즘을 개발, 새롭게 혈관 노화 관련 400개의 차별 유전자와 36개의 핵심 유전자와 관련 생물 경로를 찾아냈다.

연구팀은 특히 새로 발굴한 생물 경로 가운데 단일탄소 대사의 핵심 대사 경로인 세린 아미노산 생합성 대사에 관여하는 효소 PHGDH가 혈관내피세포 노화에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. PHGDH는 개입단계 효소, 즉 대사의 분지점에서 발생하는 돌이킬 수 없는 효소 반응에 관여하는 효소로 대사 조절 경로의 핵심 경로다. 단일탄소 대사는 지질·핵산·단백질 등의 생합성에 변화를 일으키고 산화 환원 상태 및 메틸화 반응에 대한 기질 변화 등 체내 다양한 대사 변화를 초래한다.

김성영 교수는“현재 단일탄소 대사를 표적으로 하는 많은 항암제가 활발하게 연구되고 있는 상황으로 이러한 새로운 발견은 현재 쓰이고 있는 임상 약제를 이용한 노인성 혈관 질환 제어에 매우 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.