UNIST(총장 정무영)는 이현우 자연과학부 교수팀과 김종서 서울대 기초과학연구원 RNA 연구단 교수팀이 공동 연구를 통해 세포 속 미토콘드리아 막단백질에 특정한 화학물질을 붙여 구조를 이해할 수 있는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 기술을 활용하면 미토콘드리아 내막 단백질 135개의 구조를 확인할 수 있다. 

막단백질은 세포막에 끼어있는 단백질로 세포 내에 영양분이나 신호를 전달하는 중요한 역할을 한다. 이 기능이 망가지면 질병이 생길 수 있어 신약개발에서 막단백질을 이해하는 게 중요하다.

연구팀은 살아있는 세포 속 미토콘드리아의 내막에 있는 단백질을 '디싸이오바이오틴-페놀(Desthiobiotin-phenol)'을 붙인 다음 질량 분석기로 분석해 막단백질의 구조를 파악했다. 

고리 모양 구조를 갖는 화합물 '페놀(phenol)'이 '페놀라디칼(phenol radical)'이 되면 아미노산의 일종인 '타이로신(tyrosin)기'에 잘 달라붙는다. 대부분의 단백질이 타이로신기를 하나 이상 갖고 있기 때문에 막단백질 구조 분석에 이용할 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다. 

막단백질은 주로 막(membrane)에 끼어 있는데 세포막의 안쪽과 바깥쪽 모두에 페놀 종류로 염색하면 타이로신기가 있는 부분에 꼬리표를 붙일 수 있다. 이로 인해 막단백질이 어느 쪽으로 튀어나와 있는지 알 수 있게 된다. 

또 타이로신기를 페놀 종류로 염색하는 데는 과산화효소인 '에이펙스(APEX)'를 사용했다. 이 효소는 세포 어느 공간에서나 활성화되는데 과산화수소를 만나면 페놀 종류의 수소 원자 하나를 빼앗아 반응성이 큰 페놀라디칼을 생성한다. 이는 타이로신과 공유결합해 특정 단백질에 꼬리표를 붙일 수 있다. 

이송이 UNIST 자연과학부 석박사통합과정 연구원은 "미토콘드리아의 기질과 막사이 공간에 모두 과산화수소를 넣어 반응을 유도하면 타이로신기가 튀어나온 방향에만 디싸이오바이오틴-페놀이 붙게 된다"며 "과산화효소 반응을 마친 세포를 깨트려 단백질을 자르고 질량분석기로 분석하면 막단백질의 방향성을 파악할 수 있다"고 말했다.

이현우 교수는 "미토콘드리아 막단백질 복합체의 구조를 이해하는 일은 미토콘드리아를 겨냥한 새로운 치료법을 개발하는데 있어서 아주 중요하다"며 "새로운 페놀 화합물을 이용해 막단백질의 구조를 파악하는 기술은 다른 막단백질을 표적으로 하는 신약개발에도 도움을 줄 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원의 질환극복기술개발사업(세계선도 의생명과학자 육성)과 IBS(기초과학연구원)를 통해 진행됐다. 연구성과는 화학 분야 국제 학술지인 '미국화학회지(JACS)'에 실렸다.