비막성 미세소낭 구조체 형성 기작 규명

[산업일보]
세포는 세포소기관 뿐만 아니라, 막이 없는 비막성소기관(MLO; membrane-less organelle)을 활용해 효율적으로 생명현상을 유지한다. 그러나 비막성소기관에 대한 연구는 아직까지 초기단계여서, 최근 무정형단백질(IDP; intrinsically disordered protein)이라 불리는 단백질과 액체-액체 상분리 현상이 비막성소기관의 형성과 조절과정에서 중요하게 부각되고 있지만 이에 대한 이해는 매우 부족하다.

무정형단백질은 특정한 3차 구조를 갖지 않아 구조단백질에 비해 연구가 상대적으로 미미했으나, 최근 무정형단백질의 역할이 서서히 밝혀지면서 비막성소기관의 형성과 조절에 대한 이해도 점차 증대되고 있다.

비막성소기관은 무정형단백질에 기반 한 생체분자들이 환경 변화에 따라 액체-액체 상분리를 통해 다양한 형태로 만들어져, 물질의 수송, 생화학 반응, 전사/번역의 조절, 스트레스 대응, 신호전달 등에 기여하는 것으로 밝혀지고 있다.

의료용으로 활용 가능한 비막성 미세소낭 구조체 제조 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

비막성 미세소낭 구조체(membrane-less vesicle-like compartment)는 내부와 외부환경을 구분하는 별도의 막이 없이 물질을 담고 전송하거나 특정 기능을 수행할 수 있는, 세포 내에서 발견되는 소낭(소포) 형태의 구조체를 말한다.


한국연구재단 충남대학교 최유성 교수 연구팀(제1저자, 최현석 박사과정)이 황동수 교수(포항공과대학교) 연구팀 및 조엔-앰마 세아(J.-E. Shea) 교수(캘리포니아주립대학교 산타바바라) 연구팀과 공동으로 무정형단백질 GG1234를 활용해 비막성소기관의 대표적 형태 중 하나인 미세소낭 구조체를 제조, 이 구조체의 형성 기작을 상세히 규명했다고 밝혔다.

비막성소기관(membrane-less organelle)은 세포소기관의 막구조를 하는 막성소기관과 리보솜, 핵소체, 스트레스 과립(stress granule)과 같이 막구조가 없는 비막성소기관이 존재하는데 일반적으로 세포소기관은 막성소기관을 의미한다.

세포는 세포소기관 외에도 막이 없는 비막성소기관을 활용해 물질의 수송, 생화학 반응, 전사와 번역의 조절, 스트레스 대응, 신호 전달 등 다양한 생명현상을 효율적으로 수행한다는 것이 밝혀지고 있지만, 관련 연구는 아직 초기 단계다.

최근 들어 무정형단백질이라 불리는 특정한 3차 구조를 갖지 않는 단백질이 비막성소기관을 형성하고 조절하는 데 중요하게 관여한다는 사실이 점차 드러나고 있으며, 이와 함께 무정형단백질을 활용한 생체소재 개발에 대한 관심도 높아지고 있다.

이에 연구팀은 타겟 단백질인 골형성단백질 bhBMP-2와 GG1234의 상호작용을 통해 비막성 미세소낭 구조체를 제조했으며, 그 형성 메커니즘을 다양한 실험과 동역학적 분자모델링 시뮬레이션을 바탕으로 상세히 규명하는 데 성공했다.

GG1234의 단순 코아세르베이션(coacervation)에 의해 구형의 액적이 형성되고 여기에 bhBMP-2가 추가하면, bhBMP-2가 내부로 침투하면서 액적 표면에서부터 GG1234/bhBMP-2 복합 코아세르베이션이 형성된다. 연구팀은 이 과정을 통해 액적의 형태가 코어-쉘 구조의 미세소낭 형태로 스스로 변화하고, 쉘 영역이 고체상으로 상전이되면서 비막성 미세소낭 구조체가 만들어진다는 것을 확인했다.

최유성 교수는 “이번 연구성과는 무정형단백질을 기반으로 비막성소기관이 어떻게 형성되고 조절되는지에 대한 과학적인 단서와 직관을 제공하고 있다”며, “향후 비막성 미세소낭 구조체 형성을 통한 고기능 생체소재의 개발이 기대된다”라고 밝혔다.