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제목 “세포 간 통신 비밀 풀었다” 세포막 단백질 3차원 구조 원자분해능 수준 개발 등록일 2018.12.16 09:07
글쓴이 에디스젠 조회 70

한 사회나 조직이 원활하게 작동하기 위해서는 ‘소통’이 중요하다. 이는 우리 몸도 마찬가지다.

길을 갈 때 뇌가 방향을 파악하고 속도를 조절해 다리를 움직이는 작업 역시 신체 조직 간 소통의 산물이다. 질병도 우리 몸의 이런 ‘통신기구’가 잘못돼 발생하는 수가 많은 것으로 짐작되고 있다.

다만 분자생물학과 신경생리학 등이 크게 발달한 오늘날에도 세포 사이의 통신이나 생체조직 간 통신에 대해서는 많은 부분이 규명되지 않은 상태로 남아있다.

그런데 최근 눈의 수정체 안에서 세포 간 상호소통을 제어하는 단백질 3차원 구조가 발견돼 세포 및 조직 간 통신 연구에 새로운 장이 추가됐다.

이 단백질들은 세포 안으로 들어오거나 밖으로 다시 나가는 정보를 통제하는 역할을 하는 것으로 알려진다.

이번 발견에 따라 앞으로 백내장과 뇌졸중, 암과 같은 질병을 치료할 수 있는 또 하나의 획기적인 돌파구가 열릴 것으로 기대되고 있다.

연구를 수행한 미국 포틀랜드 주립대 라이코우 조교수가 비디오에서 연구 결과를 설명하고 있다. 동영상 캡처.  CREDIT: Portland State University

연구를 수행한 미국 포틀랜드 주립대 라이코우 조교수가 비디오에서 연구 결과를 설명하고 있다. 동영상 캡처. CREDIT: Portland State University

세포막 단백질 분리해 3차원 구조 확인

미국 포틀랜드 주립대 화학과 스티브 라이코우(Steve Reichow) 조교수팀은 원자 수준에서 세포막 단백질 채널 즉, 세포 벽에 있는 수송 터널들을 확인하는 성과를 올렸다.

이 연구에는 세 명의 노벨상 수상 생물물리학자들이 개발한 수백만 달러짜리 저온전자현미경(Cryo-EM)과 신기술이 활용됐다.

미국 국립보건원(NIH)의 연구 지원을 받아 수행한 이번 연구에서 라이코우 교수팀은 세포막 채널의 3차원 이미지를 창출해 냄으로써 세포 사이의 통신 관련 과정을 더욱 잘 이해할 수 있는 토대를 마련했다.

이번 연구는 과학저널 ‘네이처’(Nature) 12일자에 발표됐다. 관련 동영상

라이코우 교수는 “우리는 세포막 단백질 등이 어떻게 작동하는지에 대해 매우 제한적으로 알고 있다”고 지적하고, “새로운 기술로 세포막의 단백질을 분리해 3차원 구조를 연구함으로써 화학정보 등의 흐름을 통제하는 단백질의 구조와 기능 특성을 확인했다”고 밝혔다.

연구팀은 이를 위해 양과 소의 눈 수정체 조직에서 얻은 단백질을 분리해 활용했다.

라이코우 교수랩에서 저온전자현미경을 사용해 원자 분해능에 가깝게 분석한 눈 수정체의 2차원 이미지(왼쪽)와 3차원 구조(오른쪽). CREDIT: Reichow Lab | Portland State University

라이코우 교수랩에서 저온전자현미경을 사용해 원자 분해능에 가깝게 분석한 눈 수정체의 2차원 이미지(왼쪽)와 3차원 구조(오른쪽). CREDIT: Reichow Lab | Portland State University

세포 간 그리고 조직 간 정보전달 모습 파악”

연구팀은 저온전자현미경을 이용해 움직이는 도중(mid-movement)에 있는 생물분자를 얼려서 초고해상도 이미지를 얻었다. 눈꺼풀에서의 순환시스템을 용이하게 하는 단백질 기능을 이해하기 위해 구조를 원자분해능 수준으로 파악하기 위한 것이었다.

이어 컴퓨터 모델링으로 눈의 수정체로부터 분리돼 있는 간극 연결 단백질(gap junction proteins)의 3차원 이미지를 살펴볼 수 있었다.

간극 연결점은 인접한 세포들이 서로 통신할 수 있도록 해주는 작은 채널로서, 인체의 여러 곳에서 발견된다.

이번 연구는 간극 연결부가 어떻게 선택적으로 화학정보를 통과시키거나 차단하는지를 처음으로 보여주었다.

지금까지는 서로를 명확하게 차단하고 있는 세포들 사이에서 이 채널들이 세포 간에 어떤 메시지들을 어떻게 통과시키는지 알려지지 않았었다.

라이코우 교수는 “연구를 통해 세포막 단백질이 백내장을 일으키는 돌연변이에 어떻게 영향을 미치는지를 알았을 뿐만 아니라, 이 단백질족(protein family)이 수정체를 넘어 우리 몸 전체의 세포들 사이, 그리고 각 조직들 사이에서 어떻게 화학 및 전기적 정보를 전달하는지도 알게 되었다”고 말했다.

연구원들이 연구에 활용한 첨단장비인 저온전자현미경(Cryo-EM)으로 연구 진행을 확인하고 있다. 동영상 캡처.   CREDIT: Portland State University

연구원들이 연구에 활용한 첨단장비인 저온전자현미경(Cryo-EM)으로 연구 진행을 확인하고 있다. 동영상 캡처. CREDIT: Portland State University

단백질 채널 기능부전 신약 개발될 것”

라이코우 교수는 “이번 연구에서 얻어낸 이미지들을 활용해 간극 연결 단백질, 세포 통신 기능부전과 관련된 여러 유형의 질병들을 치료할 수 있는 길이 열릴 수 있을 것”이라고 말했다. 관련 질환들에는 백내장과 심장 부정맥, 뇌졸중, 특정 암 등이 있다.

그는 “현재 시중에는 간극 연결 단백질을 대상으로 이를 활성화하거나 차단하는 약이 나와 있지 않다”고 말하고, “그러나 이번 발견에 따라 언젠가는 이런 단백질 채널들의 기능부전 혹은 잘못된 조절과 관련된 심장병 등 다른 질병들을 통제할 수 있는 신약이 개발될 것”이라고 전망했다.

라이코우 교수팀은 해당 단백질의 특성을 규명하는 방법을 확립한 데 이어, 현재는 우리 몸의 각 조직과 기관들이 간극 연결을 어떻게 다르게 사용하는지 그 차이를 이해하기 위한 연구를 진행하고 있다.


출처: 브릭