국립경국대 식물의학과 김용균 교수 연구팀이 곤충의 면역반응을 조절하는 새로운 수용체를 발견하고 그 작동 원리를 규명했다. 이번 성과는 세계적 권위의 국제학술지 Nature Communications에 게재되며, 곤충 면역 연구와 농업 분야에 새로운 가능성을 제시하고 있다.
27일 국립경국대에 따르면 김용균 교수는 올해로 33년째 국립경국대 식물의학과에 몸담으며 식물병리학과 농업곤충학을 기반으로 식물병해충 관리 연구와 전문 인재 양성에 힘써왔다. 식물의학과는 식물병해충의 진단, 예찰 및 방제와 식물 건강관리 기술을 연구하는 국내 대표 학과로, 이번 성과는 학과의 연구 역량을 세계적으로 알리는 계기가 됐다.
곤충은 세균이나 바이러스 등 외부 병원체가 침입하면 다양한 면역반응을 가동한다. 이 과정에서 프로스타글란딘 E₂(PGE₂)는 세포 내 칼슘(Ca²⁺)과 cAMP 신호를 증가시켜 면역반응을 활성화하는 중요한 신호물질로 작용한다. 반면, 리놀레산에서 유래하는 산화지질 EpOME(epoxyoctadecamonoenoic acid)은 PGE₂의 작용을 억제하는 것으로 알려져 있었지만, 어떤 수용체를 통해 작용하는지는 밝혀지지 않았다.
연구팀은 파밤나방(Spodoptera exigua)을 이용해 이 의문을 풀었다. 여러 후보 GPCR을 분석한 결과, ‘SeGPCR48’이 EpOME에 반응하는 핵심 수용체임을 규명했다. EpOME은 이 수용체를 통해 PGE₂가 유도하는 cAMP와 Ca²⁺ 신호를 억제하고, 결과적으로 곤충의 세포성 면역반응을 조절하는 것으로 확인됐다.
연구팀은 RNA 간섭(RNAi), CRISPR/Cas9 유전자 가위, RNA-seq 등 최신 분자생물학 기법을 총동원해 수용체 기능을 단계적으로 검증했다. RNAi 실험에서는 9개의 후보 GPCR 유전자를 각각 억제했을 때, SeGPCR48을 억제했을 경우에만 EpOME의 면역 억제 효과가 사라졌다.
이는 해당 수용체가 EpOME 신호 전달에 핵심적임을 보여준다. 이어 곤충 세포와 인간 세포에서 수용체를 교차 발현시킨 이종발현 실험에서는 EpOME 신호에 반응하는 기능이 진화적으로 보존돼 있을 가능성을 제시했다.
특히, CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술을 이용해 SeGPCR48 유전자가 제거된 돌연변이 곤충을 제작한 결과, EpOME의 면역 억제 효과가 사라지고 병원성 미생물에 대한 감수성이 증가했다. 이는 해당 수용체가 실제 개체 수준에서도 EpOME의 면역조절 기능에 필수적임을 입증한 것이다.
RNA-seq 분석에서는 SeGPCR48 결손이 지방산 대사, 신호전달, 면역 및 세포사멸 등 다양한 생물학적 과정과 관련된 유전자 발현에 영향을 미친다는 사실도 확인됐다.
이번 연구는 곤충에서 EpOME을 인식하는 수용체를 분자 수준에서 규명했다는 점에서 기초과학적 의미가 크다. 동시에 EpOME–SeGPCR48 신호축이 곤충의 면역과 발달에 연결돼 있다는 점은 향후 곤충의 생리를 선택적으로 조절할 수 있는 새로운 해충관리 기술 개발로 이어질 수 있다.
논문은 EpOME 수용체 계열이 동물계에서 계통학적으로 보존돼 있음을 제시하고 있어, 이번 성과는 곤충뿐 아니라 다른 동물에서 C18-oxylipin 신호전달 체계를 이해하는 연구로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.
김 교수는 “이번 연구는 곤충의 면역반응에서 상반된 기능을 하는 지질 신호 물질들이 어떤 수용체와 신호전달 과정을 통해 서로 조절되는지를 분자 수준에서 규명한 것”이라며 “앞으로 새로운 분자 표적을 발굴하고 이를 친환경 해충관리 기술로 발전시키는 연구로 확대해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
/피현진기자 phj@kbmaeil.com