건국대 연구팀이 피부 기미나 주근깨 등의 색소 침착을 조절하는 새로운 분자 기전을 밝혀 주목 받고 있다.

건국대학교는 상허생명과학대학 생명과학특성학과 신순영 교수 연구팀이 피부의 멜라닌생성세포(melanocyte)에서 합성되는 멜라닌(melanin) 흑색 색소의 새로운 합성 경로를 발굴하고, 멜라닌 합성 생리 활성 기전을 분자 수준에서 규명했다고 7일 밝혔다.

피부는 상층부에서부터 각질층, 표피층, 진피층으로 되어있다. 피부 멜라닌(melanin)은 표피의 맨 밑 기저층에 있는 멜라닌생성세포(melanocyte)에서 만들어내는 색소로써, 자외선을 흡수하여 피부를 보호해 주며 피부 체온을 유지하고 피부색을 결정하는 중요한 피부 고분자 색소이다. 그러나 장시간 또는 강한 자외선 노출이나 스트레스에 의해 멜라닌이 과다하게 생성되면 기미, 주근깨, 잡티, 검버섯(일광흑색점) 등의 비정상 색소 침착의 원인이 되기도 한다.

자외선에 노출되면, 표피에 있는 각질형성세포(Keratinocytes)에서 멜라닌생성세포자극 호로몬(Alpha-Melanocyte Stimulating Hormone; α-MSH)이 분비되어 멜라닌생성세포를 자극시킨다. 이때 멜라닌생성세포에서는 티로시나제 효소(Tyrosinase) 유전자 발현이 촉진되어 효소 활성이 증가되면 티로신(Tyrosine)이 산화되어 멜라닌 생합성 과정이 진행된다. 멜라닌생성세포에서 만들어진 고분자 멜라닌은 각질형성세포로 이동하게 되고, 시간이 지나면서 새로 만들어진 각질형성세포가 멜라닌이 들어있는 각질형성세포를 위쪽 각질층까지 밀어 올려서, 결국에는 피부가 검게 보이게 된다.


[그림1] 자외선에 노출되면 피부 표피의 멜라닌생성세포에서 멜라닌이 합성되어 각질형성세포로 이동하고, 과다 축적되면 기미, 주근깨, 검버섯이 된다.

그 동안 학계에서는 자외선 자극에 의해 알파-멜라노사이트자극호로몬(α-MSH)이 각질형성세포에서 생성되면 멜라닌생성세포에서는 인산화효소 A(PKA)-CRE 결합단백질(CREB)-멜라닌생성전사인자(MITF) 신호전달 경로를 통하여 티로시나제 유전자 발현이 촉진된다고 알려져 있었다.

신순영 교수 연구팀은 멜라닌 색소의 생합성 과정에서 중추적 역할을 하는 티로시나제 활성 연구를 진행하던 중, 지난 2018년에 불로화 식물에서 추출한 아제라린(Agerarin)이 멜라닌생성세포에서 스테트-3(STAT-3) 전사인자 활성을 억제시켜 티로시나제(Tyrosinase) 유전자 발현을 억제한다는 사실을 발견하였다. 이 연구 결과는 피부과학연구 전문학술지 (Journal of Dermatological Scince 2018;91:104-112; 논문명: Agerarin inhibits α-MSH–induced TYR gene transcription via STAT3 suppression independent of CREB-MITF pathway)에 보고한 바 있었다.

신순영 교수 연구팀은 추가 연구를 통하여, 자외선 자극과 멜라닌생성세포 자극 호로몬(α-MSH)으로 멜라닌생성세포를 자극하면 전사인자(transcription factor)인 이지알-1(EGR-1) 발현이 유도되고, 이지알-1은 스테트-3(STAT3) 유전자 발현을 촉진하고, 스테트-3는 티로시나제 유전자 조절부위에 결합하여 멜라닌 생합성을 촉진하는 신호전달 경로를 최종 규명하게 되었다. 신순영 교수 연구팀이 이번에 발견한 EGR1-STAT3-Tyrosinase 전사조절 신호전달 경로는 멜라닌 생합성을 촉진시키는 새로운 신호전달경로로 밝혀졌다.

건국대 연구팀의 이번 연구는 미래창조과학부의 <중견연구자지원사업>의 일환으로 수행되었다. 연구결과는 피부과학의 최상위 연구논문지인 ‘저널 오브 인베스티거티브 더마톨로지 (Journal of Investigative Dermatology)’ 에 1월 12일자 온라인에 게재됐다.

[논문명: The EGR1-STAT3 Transcription Factor Axis Regulates α-MSH-induced Tyrosinase Gene Transcription in Melanocytes]

[그림2] 멜라닌생성세포자극호르몬이 EGR-1과STAT3발현을 증가시켜 티로시나제 유전자 발현을 조절하는 새로운 신호전달 경로

신순영교수는 ”이번 연구 결과를 바탕으로, 2017년 건국대학교 실험실 벤처기업으로 창업한 ‘㈜아제라바이오텍’에서 티로시나제의 상위 유전자인 이지알-1 활성을 억제하는 소재를 발굴하여 부작용이 적고 효능은 뛰어난 새로운 개념의 차세대 피부 미백 개선 기능성화장품을 개발하겠다“며 기초연구 성과물의 산업화 계획을 밝혔다.

신 교수는 또 "이지알-1과 스테트-3 유전자는 피부색소 생성 효과뿐만 아니라, 피부염증 반응을 촉진하고, 악성피부암인 흑색종(melanoma)의 생성과 발달에도 중요하게 작용하므로, 이지알-1/스테트-3 유전자 발현 제어 소재는 향후 부작용이 적은 피부 항염증 제재 또는 피부암 예방 및 치료제 등의 다양한 생리활성 제재로 개발될 수 있어, 산업화 활용 파급 효과가 클 것으로 기대한다” 고 말했다.