4분 읽기
- 콜라겐은 상처 치유와 다양한 질병에 중요한 역할
- 섬유증에서 콜라겐이 과도하게 분비되면 단단한 흉터 조직이 형성
- 종양은 콜라겐으로 이루어진 보호막을 이용하여 약물이나 면역 체계의 공격으로부터 자신을 보호할 수 있다

콜라겐은 세포 내에서 단단한 섬유 형태가 아닌 액체 형태로 존재한다

긴 섬유가 아닌 미세한 물방울 형태:
힘줄, 인대, 피부 탄력 등에 중요한 역할을 하는 콜라겐이 세포 내에서 기존에 생각했던 것과는 다른 형태로 존재한다는 연구 결과가 나왔다. 이 연구에 따르면, 콜라겐의 전구체는 단단한 섬유를 형성하는 것이 아니라 유체와 같은 응축체를 이룬다고 한다. 이러한 발견은 상처 치유, 섬유증, 암을 이해하는 데 새로운 관점을 제시한다. 

▲ 이 인간 간세포에서 콜라겐은 작은 방울 형태로 존재하며, 이는 사진에서 연두색으로 보인다. 왼쪽 이미지에서 분홍색으로 표시된 TANGO1 단백질은 이 방울들을 정확한 위치에 고정시킨다. — © Soumya Bhattacharyya / Centre for Genomic Regulation CC BY-NC-ND

콜라겐은 우리 몸에서 가장 풍부한 단백질이다. 힘줄, 인대, 뼈, 연골, 피부의 중요한 구성 요소다. 콜라겐의 전구체인 프로콜라겐 I(PC1)은 세포의 소포체에서 생성되어 세 개의 소단위로 구성된 삼량체 분자로 조립된다. 스페인 바르셀로나 과학기술연구소의 소우미야 바타차리야(Soumya Bhattacharyya) 연구팀은 "시험관 내에서 이러한 콜라겐 삼량체는 최대 400nm(나노미터) 길이의 단단한 분자를 형성한다"고 설명한다. 지금까지는 콜라겐 분자가 세포 내에서도 이러한 형태로 존재한다고 여겨져 왔다.

연구진은 "하지만 이러한 가정에는 중대한 개념적 문제가 있다"며, "소포체에서 세포의 다른 부분으로 분자를 운반하는 소포의 직경은 약 60~90nm에 불과하기 때문에 수백 나노미터 길이의 단단한 분자를 담을 수 없기 때문이다." 그렇다면 우리 세포는 어떻게 콜라겐을 축적하고 운반하는 것일까?

뜻밖의 유동성

바타차리야(Bhattacharyya)와 그의 동료들은 콜라겐을 과다하게 생성하는 섬유화된 간세포를 연구하던 중 우연히 이 질문에 대한 해답을 발견했다. 바타차리야는 "간세포 샘플을 채취하여 현미경으로 관찰했을 때, 밝고 구형의 구조물이 눈에 띄었다"고 말했다. 이러한 구형 구조물은 콜라겐 생성이 가장 많은 세포에서 가장 많이 발견되었다. 자세히 살펴보니, 이 구조물은 프로콜라겐 I의 미세한 방울이었으며, 단백질이 잘못 접힌 덩어리가 아니라 세포 내에서 자연적으로 존재하는 정상적인 형태라는 것이 밝혀졌다.

이번 발견은 콜라겐에 대한 기존의 통념을 뒤집는다. 바타차리야의 동료인 비벡 말호트라는 "세포 내 콜라겐은 이전에 생각했던 것처럼 단단한 분자가 아니다"며, "실제로 콜라겐은 매우 유연하며 물방울 속 기름처럼 액체 응축체 형태를 띈다"고 말했다. 물속 기름처럼 개별 응축체 방울은 분리되고 다시 결합할 수 있다. 더욱이, 이 응축체 방울은 세포 밖에서 콜라겐이 조립되는 긴 섬유보다 훨씬 더 유연하다.

콜라겐은 어떻게 작용 부위에 도달할까?

이번 발견은 세포 내 콜라겐 운반에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 연구진은 응축체가 소포체 출구에 축적된다는 사실을 발견했다. 이전에 콜라겐 운반에 관여하는 것으로 생각되었던 TANGO1이라는 단백질이 응축체의 고정점 역할을 한다. 바타차리야가 TANGO1을 제거하자 콜라겐 방울은 계속 형성되었지만 출구에 더 도달하지 못하여 콜라겐 분비가 감소했다. TANGO1은 콜라겐 응축물이 소포체를 빠져나갈 수 있는 지점에 집중시키는 역할을 하는 것으로 추정된다.

▲ 리소좀은 PC1 응축체와 겹치지 않는다. PC1 응축체(녹색)를 가진 세포를 LysoTracker Red(자홍색)로 염색한 후 시간 경과에 따른 공초점 현미경 관찰을 통해 응축체가 리소좀 근처에 위치하지 않음을 확인할 수 있다(그림 3A 및 그림 S2A 참조). 핵은 Hoechst 염색으로 파란색으로 나타났다. 프레임은 1초 간격으로 촬영되었으며, 동영상은 초당 10프레임으로 재생된다(척도 막대: 10μm). (출처:June 11 2026 / Procollagen 1 assembles into phase-separated condensates in the endoplasmic reticulum / Journal od Cell Biology)

액체 콜라겐이 정확히 어떻게 빠져나가는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 두 가지 메커니즘을 가능성 있는 것으로 보고 있다. "액체로 채워진 고무공에 노즐이 있다고 상상해 보세요. 고무공을 누르면 작은 구멍으로 액체가 새어 나오겠죠. 이것이 한 가지 가능한 메커니즘일 수 있다"고 말호트라 박사는 설명한다. "또 다른 가능성은 모세관 현상을 통해 액체가 새어 나오는 것인데, 식물에서 영양분이 모세관 현상을 통해 중력에 반하여 위로 흐르는 것과 유사하다." 연구팀은 향후 연구에서 이러한 가설들이 얼마나 타당한지 확인할 계획이다.

콜라겐은 상처 치유와 다양한 질병에 중요한 역할을 하기 때문에 이번 연구 결과는 의학 연구에도 중요한 의미를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유증에서 콜라겐이 과도하게 분비되면 단단한 흉터 조직이 형성된다. 종양은 콜라겐으로 이루어진 보호막을 이용하여 약물이나 면역 체계의 공격으로부터 자신을 보호할 수 있다. "연구자들은 이러한 조직 접착제를 분해하는 방법을 찾으려고 노력하고 있으며, 저희 연구는 이러한 전략을 발전시키는 데 도움이 될 수 있을 것이다"고 말호트라 교수는 말했다.

출처: Soumya Bhattacharyya (스페인 바르셀로나 과학기술대학교) 외, Journal of Cell Biology, doi: 10.1083/jcb.202603129

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]