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뉴스 생명과학
"세포 내에서는 어떤 대화가?“ 소기관 간 소통을 이끄는 단백질 분석 연구
Bio통신원(POSTECH)
- 등록2024.04.03
- 조회1672
우리 몸은 복잡한 세포들의 네트워크로 이루어져 있으며, 이 세포들 간의 원활한 소통은 건강 유지에 필수적이다. 마치 사회에서 정보의 잘못된 전달이 오해와 갈등을 일으키듯, 세포 내 소기관들 간의 소통 또한 정확해야 하며, 이 과정에서의 오류는 심각한 질병을 초래할 수 있다. 우리가 ‘언어’로 대화를 하는 것처럼, 세포 내의 소기관들은 ‘단백질’을 통해 서로 대화를 나누는데, 최근 이러한 소기관 간 대화를 매개하는 새로운 단백질 식별법이 발표돼 주목을 받고 있다.
POSTECH(포항공과대학교) 화학과 김기문 교수 · 분자과학교육연구단 이아라 박사, 첨단재료과학부 성기현 박사, 대구가톨릭대 의과대학 박경민 교수, 서울대 화학과 이현우 교수 · 생명과학부 김종서 교수 공동연구팀은 세포 간 커뮤니케이션에 관여하는 특정 단백질을 분리하고, 분석하는 전략(Ortho ID)을 개발해 학계에 보고했다. 이번 연구는 국제적으로 저명한 학술지 중 하나인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.
연구팀은 세포에서 발전소 역할을 하는 미토콘드리아(mitochondria)와 물질을 저장하고 운송하는 소포체 사이의 접점 지역에 주목했다. 이 접점은 지질과 칼슘 등 다양한 물질 교환이 일어나는 곳으로 이곳에서 소통을 매개하는 단백질의 변성은 퇴행성 신경 질환으로 이어질 수 있다.
따라서 퇴행성 신경 질환의 정확한 발생 메커니즘과 이에 대한 효과적인 치료법을 찾기 위해서는 막 접점에서 소통을 매개하는 단백질을 찾아야 한다. 학계는 비타민 종류인 비오틴(Biotin)과 자연 유래 단백질인 스트렙타비딘(Streptavidin) 간 강력한 상호작용을 이용해 특정 단백질을 표지하고 분석하고 있지만 단일 시스템으로는 두 세포 소기관 사이를 자유롭게 이동하는 단백질을 찾는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이번 연구에서 자연에서 유래한 결합 쌍인 비오틴-스트렙타비딘 시스템 외에, 이와 유사하게 강력한 결합력을 가진 인공 결합쌍인 아다만탄(Adamantane)- 쿠커비투릴(Cucurbituril) 시스템을 추가로 사용했다. 하나의 결합 쌍을 이용한 기존 연구와 달리 상호간섭 없는 두 결합 쌍을 사용해 두 소기관이 만나는 지점에 있는 단백질 표지 · 분석 능력을 혁신적으로 높인 것이다.
실험 결과, 비오틴과 아다만탄을 세포 내부를 자유롭게 이동하는 단백질에 빠르고 정확하게 표지하는 데 성공했으며, 이들의 결합 쌍인 스트렙타비딘과 쿠커비투릴로 표적 단백질을 효과적으로 분리했다. 이를 바탕으로 연구팀은 미토콘드리아-소포체 접촉 기작 관련 단백질을 식별하고, 그 역할을 규명했으며, 손상된 미토콘드리아가 자체적으로 분해되는 과정인 자가포식 작용(미토파지)과 같은 복잡한 세포 기작에 따라 막 접점에서 역동적으로 움직이는 단백질 후보군을 찾아내는 데도 성공했다.
이번 연구를 이끈 POSTECH 김기문 교수는 “이 기술은 세포 내 다른 소기관 간의 소통 탐구에도 적용할 수 있는 방법론을 제시했다”며, “기존 연구의 기술적 한계를 극복함으로써 복잡한 세포 소기관 상호작용을 더욱 세밀하게 이해할 수 있을 것”이라는 기대를 전했다.
또, 대구가톨릭대 의과대학 박경민 교수는 “퇴행성 신경 질환을 비롯해 다양한 질병의 원인을 규명하고, 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있는 유용한 연구 수단이 될 것”이라며 이번 연구의 의의를 밝혔다.
한편, 이 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원의 지원으로 진행됐다.
논문명
OrthoID: Profiling Dynamic Proteomes Through Time and Space Using Mutually Orthogonal Chemical Tools(상호 비간섭 이중 화학 도구를 이용한 시공간 특이적 단백체 분석 (OrthoID))
연구자
김기문(공동교신저자, POSTECH 화학과), 이아라(공동1저자, POSTECH 화학과), 성기현(공동1저자, POSTECH 첨단재료과학부), 박경민(공동교신저자, 대구가톨릭대 의과대학), 이현우(공동교신저자, 서울대 화학과), 김종서(공동교신저자, 서울대 생명과학부)
DOI
https://doi.org/10.1038/s41467-024-46034-z
단백질 라벨링 및 식별 프로세스(OrthoID) 도식 [사진=POSTECH]
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