눈 표면에 퍼지는 눈물이 부족해지면 불편함과 시력 저하가 발생하는 건성 각결막염을 치료하기 위해 광합성을 이용하는 방법이 제안되고 있습니다. 식물처럼 광합성을 통해 눈 조직에 필요한 물질을 생성하는 아이디어입니다.
건성 각결막염의 원인으로는 “콘택트렌즈 사용”, “노화”, “지방샘 막힘”, “눈물 분비량 감소” 등이 있을 수 있습니다. 하지만 이 모든 경우에 공통적으로 나타나는 특징은 “안 조직의 만성적인 염증”입니다. 안 조직의 만성적인 염증은 더 큰 손상을 유발하기 때문에 시간이 지남에 따라 건성 각결막염은 악화될 가능성이 있습니다. 이에 대해 싱가포르 국립대학 연구팀은 광합성 경로 또는 글루코스 분해 경로(ED 경로)에서 사용되는 전자 전달 물질인 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오타이드 인산(NADPH)에 주목했습니다. NADPH는 다양한 세포 과정에서 보편적인 환원제로서 알려진 물질입니다. 연구팀은 NADPH를 안 조직에 보충함으로써 산화 환원 균형을 회복하고, 염증으로 인해 손상된 조직에서 활성산소종의 존재가 감소할 수 있다고 주장했습니다. NADPH를 안 조직에 보충하는 방법으로 연구팀은 식물체의 엽록체에서 광합성 광화학 반응이 일어나는 틸라코이드와 같은 시스템을 설계하고, 안 조직에서 광합성을 수행하여 NADPH와 아데노신 삼인산(ATP)을 과도하게 생성하도록 하는 것을 구상하고 있습니다.
과학 잡지 Science에서 신약 개발 및 제약 분야에 대한 기사를 작성하는 데렉 로우는 싱가포르 국립대학 연구팀이 제안하는 광합성을 이용한 건성 각결막염 치료 방법에 대해 “이는 매우 대담한 전략입니다. 동물계에서 가장 이와 비슷한 것은 아마 해파리일 것입니다. 해파리는 섭취하는 조류에 포함된 엽록체를 체내에 흡수하여 장관 세포에 격리합니다. 그리고 정상적인 식량이 부족하면 격리해두던 엽록체를 예비 ATP 생산원으로 활용합니다”라고 말했습니다. 광합성을 기반으로 항산화 작용을 하는 물질을 생성하고 염증성 질환을 치료한다는 아이디어는 이전에 제안된 바 있었습니다. 하지만 무릎 관절과 같이 빛이 거의 들어가지 않는 부위에서는 그 아이디어가 제대로 작동하지 않았습니다. 이에 반해, 눈은 빛이 직접 들어오는 부위이므로 광합성과는 잘 어울립니다.
싱가포르 국립대학교 연구팀은 시금치 잎에서 층간 구조를 단순화한 유닛을 분리했다고 보고했습니다. 이 나노 구조는 RuBisCO와 같은 광에 의존하지 않으면서 NADPH를 소비하는 보효소의 대부분을 잃고 있다는군요. 연구팀은 이를 “LEAF(광 반응 농축 층간 NADPH 발견리)”라고 명명했습니다.
마크로파지 대체 세포를 사용한 실험에서 LEAF를 엔도사이트토시스를 통해 흡수하여, 쥐의 세포 자체의 NADPH 생성 시스템을 의도적으로 억제하더라도 충분한 양의 NADPH를 공급할 수 있다는 것이 확인되었습니다. 유사한 효과는 LEAF 구조를 담은 불멸화된 인간 각막 상피 세포에서도 관찰되었습니다.
더욱이, 의도적으로 스트레스를 준 세포에서 동일한 실험을 수행한 결과, NADPH가 증가하고 활성산소종은 염증의 다른 마커와 함께 감소했다는 사실이 확인되었습니다. LEAF는 예상외로 매우 긴 기간 동안 세포 내에 머무르기 때문에, 자동으로 리소좀에 보내져 분해되는 것은 아닌 것으로 보입니다.
이와 더불어, 마크로파지 세포에 LEAF를 도입하면 각막 상피 쪽에서 정상화 효과가 나타났습니다. 이는 매우 유망한 결과입니다. LEAF 구조는 세포 내외적으로 유익한 효과를 발휘하며, 어느 환경에서든 NADPH의 방출량을 증가시키는 데 도움이 된다는 것이 입증되었습니다.
따라서, LEAF를 사용한 안약이 다른 치료법으로는 실현할 수 없는 정도로 건조 시력을 개선할 수 있을 것으로 롭 박사는 전망했습니다. 다만, 이번 실험은 초기 단계의 결과를 보고한 것일 뿐이며, LEAF를 세포 내에서 더 오래 유지하는 방법 등 여러 가지 과제가 남아있습니다.
원문 보기 | 출처: Gigazine