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세포 내 물질 '쓰레기통' 가는 과정, 단백질 결합이 결정

GIST·UNIST 연구팀, 자가포식 단백질의 4차 구조 변화와 분자기전 규명
국내 연구진이 세포가 버려야 할 물질을 골라내는 방식을 제시했다.

GIST(총장 김기선)는 전영수 생명과학부 교수와 이창욱 UNIST 교수 공동연구팀이 자가포식은 단백질의 4차 구조를 통해 선택적으로 조절된다는 사실을 규명했다고 16일 밝혔다.

세포 속에 노폐물이 쌓이거나 바이러스 같은 외부 침입자가 들어오면 자가포식이 시작된다. 불필요한 물질을 분해하는 일종의 청소다. 이 작용은 리소좀이라는 세포 내 작은 주머니에서 일어난다. 

세포 내 버릴 물질을 골라내 리소좀까지 옮기는 데는 다양한 단백질이 관여한다. Vac8(Vacuole related 8) 단백질이 대표적이다. 이 단백질이 어떤 단백질과 결합하느냐에 따라 자가포식 유형이 결정된다. 

가령 Vac8 단백질이 Nvj1 단백질과 결합하면 세포핵 일부분을 분해하는 자가포식이 시작된다. Atg13 단백질과 결합하면 세포질 가수분해 효소를 리소좀으로 수송하는 Cvt 경로가 작동된다. 하지만 Vac8가 단백질이 이들 단백질과 결합하는 구체적인 원리는 밝혀지지 않았다.

연구팀은 Vac8이 결합하는 단백질에 따라 단백질의 4차 구조가 달라진다는 사실을 알아냈다. 변한 구조에 따라 자가포식 유형이 결정됐다. 4차 구조는 여러 개 폴리펩타이드가 결합해 만든 3차원 구조를 말한다. 실험에는 단백질 결정을 이용한 'X-선 결정법'과 'X-선 소각 산란 분석법'이 쓰였다.

연구팀은 효모를 이용해 Atg13 단백질 결합에 관여하는 아미노산 돌연변이를 유도했다. Atg13 결합 구조에 문제가 생기자 핵의 일부분이 자가포식 됐지만, 리소좀으로 옮기는 반응은 없었다. 단백질 4차 구조에 이상이 생기면 특정 자가포식이 일어나지 않음이 입증됐다. 

전영수 교수는 "하나의 단백질이 어떻게 다양한 형태의 자가포식 과정을 선택적으로 매개하는지 규명했다"며 "단백질 4차 구조를 이용해 파킨슨병, 치매, 암, 노화 등 자가포식 관련 질환의 치료법을 찾는 연구에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다"고 말했다.  

연구 결과는 자가포식 연구분야 학술지인 오토파지(Autophagy) 12일 자 온라인판에 실렸다. 

(위)Vac8 단백질이 Nvj1과 결합한 아치 모양의 4차 구조. (아래)Cvt 경로를 매개하는 Vac8-Atg13 복합체의 결정 구조. Vac8 단백질이 긴 나선 모양의 4차 구조를 형성한다. <그림=GIST 제공>(위)Vac8 단백질이 Nvj1과 결합한 아치 모양의 4차 구조. (아래)Cvt 경로를 매개하는 Vac8-Atg13 복합체의 결정 구조. Vac8 단백질이 긴 나선 모양의 4차 구조를 형성한다. <그림=GIST 제공>
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