CBL - Research

Cancer and Mitochondrial biology

미토콘드리아는 단순한 에너지 생산 공장을 넘어, 세포의 생존과 운명을 결정하는 대사·신호전달의 핵심 허브입니다. 특히 암세포는 극한의 종양 미세환경 속에서 살아남고 다른 조직으로 전이하기 위해, 미토콘드리아의 기능을 능동적으로 재프로그래밍합니다.

우리 연구실은 이 과정의 중심에 있는 미토콘드리아 샤페론 단백질 TRAP1에 주목합니다. TRAP1은 미토콘드리아 대사와 신호전달을 정교하게 조절함으로써 암세포의 생존, 이동성, 전이 능력을 결정짓는 핵심 조절자로 작용합니다. 우리는 TRAP1이 어떻게 암세포의 적응 전략을 가능하게 하는지, 그리고 이러한 기전이 치료 표적으로 어떻게 활용될 수 있는지를 분자·세포 수준에서 깊이 있게 규명하고 있습니다.

더 나아가, 종양은 암세포만의 집합체가 아니라 면역세포, 섬유아세포, 지방세포, 혈관세포 등 다양한 암연관세포(cancer-associated cells)가 얽혀 있는 복잡한 생태계입니다. 이러한 세포 간 상호작용은 각 세포의 미토콘드리아 기능과 대사 상태를 변화시키며, 종양의 성장과 악성화를 촉진합니다. 우리 연구실은 암세포뿐 아니라 종양 미세환경을 구성하는 다양한 세포에서 TRAP1-의존적 미토콘드리아 조절 기전을 통합적으로 연구함으로써, 암을 다양한 세포간의 ‘네트워크 시스템’으로 연구하고 있습니다.

Mitochondria are not merely cellular power plants; they function as central hubs that integrate metabolic and signaling pathways to determine cell survival and fate. In cancer, tumor cells actively reprogram mitochondrial functions to survive under the extreme conditions of the tumor microenvironment and to acquire the capacity for invasion and metastasis.

Our laboratory focuses on TRAP1, a mitochondrial chaperone protein that plays a central role in this adaptive process. TRAP1 fine-tunes mitochondrial metabolism and signaling pathways, thereby critically regulating cancer cell survival, motility, and metastatic potential. We aim to elucidate, at the molecular and cellular levels, how TRAP1 enables cancer cells to adapt to hostile environments and how these mechanisms can be exploited as therapeutic targets.

Beyond cancer cells themselves, tumors represent complex ecosystems composed of diverse cancer-associated cells, including immune cells, fibroblasts, adipocytes, and vascular cells. Interactions among these cell types dynamically reshape intracellular signaling pathways and mitochondrial metabolic states, ultimately promoting tumor growth and malignancy. Our research extends beyond cancer cells to investigate TRAP1-dependent mitochondrial regulation across multiple cell types within the tumor microenvironment, with the goal of understanding cancer as an integrated network system rather than a single-cell disease.

Flickering of mitochondrial permeability transition pore in melanoma cells (Signal Transduct Target Ther. 2025 Jul 24;10(1):231).

Mitochondrial dysfunction in metabolic diseases

대사질환은 미토콘드리아 기능 이상을 동반하며, 이로 인해 세포의 에너지 생산, 물질대사, 그리고 핵심 신호전달 과정 전반에 광범위한 변화가 발생합니다. 이러한 미토콘드리아 기능 장애는 단순한 결과가 아니라, 질병의 발생과 진행을 직접적으로 주도하는 핵심 기전으로 작용합니다.

특히 당뇨병 합병증에서는 미토콘드리아 기능 이상이 매우 두드러지게 나타나며, 우리 연구실은 이 과정에서 미토콘드리아 샤페론 단백질 TRAP1이 핵심 조절자 역할을 한다는 사실을 규명해 왔습니다. 이는 대사 스트레스 환경에서 세포가 어떻게 적응하거나 손상되는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.

현재 우리 연구실은 당뇨병을 포함한 다양한 대사성 질환을 대상으로, 실험동물 질병 모델을 활용하여 TRAP1-의존적 미토콘드리아 기능 변화의 분자적 기전을 심층적으로 연구하고 있습니다. 더 나아가, 이러한 기초 연구 성과를 바탕으로 TRAP1을 표적으로 하는 새로운 치료 전략을 실제 질병 치료로 연결하는 전환 연구도 적극적으로 수행하고 있습니다.

Metabolic diseases are accompanied by profound mitochondrial dysfunction, leading to widespread alterations in cellular energy production, metabolic pathways, and key signaling processes. Importantly, mitochondrial dysfunction is not merely a downstream consequence of disease but serves as a central driver of disease onset and progression.

Mitochondrial abnormalities are particularly prominent in diabetic complications, and our laboratory has demonstrated that the mitochondrial chaperone protein TRAP1 acts as a critical regulator in this context. These findings provide important insights into how cells adapt to, or become damaged by, chronic metabolic stress.

Currently, our research focuses on elucidating the molecular mechanisms of TRAP1-dependent mitochondrial regulation across a range of metabolic disorders, including diabetes, using well-established experimental animal disease models. Building on these mechanistic studies, we are also actively pursuing translational research aimed at developing TRAP1-targeted therapeutic strategies and advancing them toward practical applications in disease treatment.

Retinal vascular images of a diabetic mouse (Adv. Sci. 2024 Jan 12; 11(2):e2302776).

Development of TRAP1 inhibitors

우리 연구실은 치료 저항성이 강한 난치성 암과 대사성 질환을 극복하기 위한 혁신적인 First-in-class 신약 개발을 목표로, 미토콘드리아 샤페론 단백질 TRAP1을 표적으로 하는 새로운 치료 전략을 연구하고 있습니다.

우리가 개발 중인 TRAP1 억제제는 미토콘드리아에 선택적으로 축적되거나 미토콘드리아 내막을 효율적으로 투과할 수 있도록 설계된 저분자 화합물로, 병변 부위에서의 약효를 극대화하면서 전신 부작용을 최소화하는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 미토콘드리아 기능 이상에 기반한 질병의 근본적인 병태생리를 정밀하게 조절하고자 합니다.

특히 우리 연구실은 단순한 표적 발굴이나 기전 규명에 머무르지 않고, 실제 환자 치료로 이어질 수 있는 비임상 및 임상 개발을 기업체와의 협력 연구를 통해 적극적으로 수행하고 있습니다. 항암 치료를 위한 경구 제형, 당뇨망막병증 치료를 위한 점안제, 그리고 장기 지속형 안구 이식제에 이르기까지, 다양한 투여 경로와 제형으로 연구를 확장하며 임상 개발을 추진하고 있습니다.

Our laboratory is dedicated to the development of innovative first-in-class therapeutics targeting treatment-resistant cancers and metabolic diseases, with a particular focus on the mitochondrial chaperone protein TRAP1 as a novel therapeutic target.

The TRAP1 inhibitors under development in our laboratory are low-molecular-weight compounds rationally designed to selectively accumulate in mitochondria or efficiently penetrate the mitochondrial inner membrane. This strategy aims to maximize therapeutic efficacy at disease sites while minimizing systemic toxicity, enabling precise modulation of disease pathophysiology driven by mitochondrial dysfunction.

Importantly, our research extends beyond target discovery and mechanistic studies. Through close collaborations with industry partners, we actively pursue preclinical and clinical development of TRAP1-targeted therapies with direct relevance to patient care. Our translational efforts encompass multiple delivery routes and formulations, including oral formulations for cancer therapy, topical eye drops for diabetic retinopathy, and long-acting ocular implants, thereby advancing our drug candidates toward clinical application.

Complex structure of TRAP1 and its allosteric inhibitor (J. Am. Chem. Soc. 2021 Dec 1;143(47):19684-19696).

Useful Research Tools