방명걸 교수 연구팀(왼쪽부터 유도열 박사후연구원, 방명걸 동물생명공학과 교수)[박광준 기자] 중앙대학교(총장 박상규) 동물생명공학과 연구진이 환경호르몬이 남성 생식계에 질병을 발생시키는 기전을 규명하는 데 성공했다. 

중앙대는 동물생명공학과 방명걸 교수와 유도열 박사 연구팀이 일상생활에서 마주하기 쉬운 환경호르몬 비스페놀A(BPA)를 기반으로 연구를 진행해 환경호르몬이 남성의 생식력 저하 등 생식계에 문제를 일으키는 원리를 알아냈다고 밝혔다. 

BPA에 노출될 시 동물과 인간 모두 불임 등 생식력 저하 현상이 나타난다는 것은 익히 알려진 사실이다. 그러나, 광범위한 연구에도 남성 생식계에 BPA가 어떻게 작용해 질병을 일으키는지는 밝혀진 것이 없다. 

방명걸 교수 연구팀은 사춘기 기간 동안 BPA에 노출된 쥐를 대상으로 정자형성과정을 관찰하는 방법을 썼다. 미국 환경보호기관(U.S. Environmental Protection Agency)이 규정한 가장 낮은 부작용 수준의 BPA에 쥐를 노출시키고, 이후 나타나는 수용체 변화, 신호 전달 단백체 변화 등을 상세히 살폈다. 또한, FSH, LH, 테스토스테론 등 성호르몬의 혈액 내 변화도 관찰했다. 

그 결과 방 교수 연구팀은 세포 형성과정에서 중요한 역할을 하는 히스톤(histone)과 프로타민(Protamine)이 문제의 원인이라는 점을 발견했다. 

본래 일반적인 세포는 히스톤이라는 단백질을 DNA가 감싸는 형태로 형성된다. 하지만 정자는 프로타민이라는 단백질에 DNA가 감겨 견고한 형태가 되는 과정을 겪는다. 생식기 내에서 정자가 이동하고 수정하는 과정에서 부계의 유전물질을 더욱 안전히 후대에 전달하기 위해서다. 

BPA 노출에 따른 남성 생식계 질병발생 모식도방 교수팀은 정자 발달 과정에서 나타나는 단백질 분석을 포괄적으로 관찰해 BPA에 노출되면 히스톤이 프로타민으로 대체되는 양이 크게 줄어든다는 점을 확인했다. 히스톤이 프로타민으로 대체되는 ‘히스톤 대체 과정’에 연관된 특이 유전체가 변화하고, 체외로 사정된 정자의 비정상적인 프로타민 비율이 생식능력을 현저히 감소시킴을 밝혀냈다. 

이번 연구는 교육부가 주관하는 이공분야 대학중점연구소지원사업의 도움을 받아 수행된 것이다. 유도열 박사후연구원이 제1저자, 방명걸 교수가 교신저자로 연구에 참여했다. 

보다 자세한 연구성과는 ‘BPA 노출에 따른 비정상적인 히스톤 대체가 정자형성과 생식에 미치는 영향(Abnormal histone replacement following BPA exposure affects spermatogenesis and fertility sequentially)’ 논문을 통해 확인 가능하다. 해당 논문은 인용 지수(IF, Impact Factor) 13.352를 기록한 학술지 Environment International에 1일 출판됐다. 

방 교수는 “이번 연구는 BPA 노출이 비정상적인 히스톤-프로타민 변형 과정을 발생시킴을 증명한 최초의 연구결과”라면서, “남성 생식계의 수태 능력 조절 기전을 이해하고, 이와 관련된 바이오 마커를 개발할 수 있는 기반을 구축했다는 점에 큰 의미가 있다”고 했다. 

이어 “BPA 노출 등 스트레스에 의한 남성 불임을 이해하고 진단하는 데 있어 바이오 마커가 될 프로타민의 역할이 매우 중요하다는 점이 확인됐다. 향후 치료법 개발을 연구하는 데 있어 기초 자료로서의 활용도가 매우 클 것으로 예상된다”고 덧붙였다.