소포체 생성 원리 기존 가설 뒤집어   

- 난치성질환인 유전성 강직성 하반신마비 치료법 개발 새 전기 마련 -

 

 

(그림 1) 스네어 단백질에 의한 소포체 막융합 및 소포체 그물망 구조 형성 모식. 소포체 튜불 간 막융합에 의해 상호 연결된 그물망 형태의 소포체 구조가 형성된다. 이 때, 아틀라스틴 단백질은 튜불 간 물리적 접촉을 매개하고, 스네어 단백질이 막융합 지역으로 이동하게끔 도와준다. 최종적으로 스네어 단백질에 의한 막융합 과정이 튜불 간의 막융합을 완성하여 소포체의 그물망 구조를 형성하게 한다.  

 

□ 미래창조과학부(장관 최양희)는 “국내 연구진이 진핵세포 소포체의 생성원리를 새로이 밝힘으로써 유전성 강직성 하반신마비와 같은 난치성 희귀질환에 대한 치료제 개발의 가능성을 열었다”고 밝혔다.

 

□ 전영수 교수와 이미리암·고영준 박사과정 연구원(광주과학기술원) 등은 소포체의 막 융합 원리를 규명하는 연구를 광주과학기술원 생명노화연구소 산하 실버헬스바이오연구센터 실버헬스바이오기술개발사업의 지원을 통해 수행하였으며, 이번 연구 결과는 세포생물학 분야의 권위 있는 학술지인 세포생물학저널(The Journal of Cell Biology) 8월 3일 자에 주요논문을 소개하는 ‘In This Issue’로 선정, 게재되었다.

 

○ 논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

  - 논문명: SNAREs support atlastin-mediated homotypic ER fusion in Saccharomyces cerevisiae

  - 저자 정보: 전영수 (교신저자, 광주과학기술원 교수), 이미리암, 고영준(공동 제1저자, 광주과학기술원 박사과정 연구원), 

 

□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

 

 1. 연구의 필요성

  가. 소포체는 진핵세포에서 단백질 및 지질 합성, 칼슘 저장 및 신호전달 조절 등 다양한 기능을 수행하는 중요한 세포소기관이다. 세포 전체에 퍼져 다른 세포소기관들과의 물리적 접촉을 통해 상호작용을 매개하는 역할을 한다.   
   * 진핵세포: 핵막에 의해 핵과 세포질이 분리돼 있는 세포. 인간 등 고등생명체를 구성하는 단위임 

  나. 소포체는 모양에 따라 납작한 주머니 모양의 ‘시스터나’와 가는 관이 그물망처럼 얽힌 모양의 ‘소포체 튜불’로 나뉜다. 소포체 튜불은 가는 관 모양의 소포체들이 아틀라스틴이라는 단백질에 의해 막융합을 일으켜 형성된다고 알려져 있으나, 자세한 기전은 알려지지 않았다. 
   * 아틀라스틴(atlastin): GTP가수분해를 통해 소포체 막을 융합시킨다고 알려진 단백질

 

 

 

(그림 2) 분리·정제한 효모의 소포체를 이용한 소포체 막융합 분석시스템 모식도. 소포체 막융합 분석을 위해 제작한 형질전환 효모로부터 분리·정제한 소포체를 이용하여 소포체 막융합을 정량적으로 분석할 수 있는 분석시스템을 제작하였음. 소포체간 막융합은 효소(기질을 분해시켜 발광을 유도하는 효소)의 활성을 생성시키기 때문에 효소의 활성을 측정함으로써 소포체간 막융합을 측정할 수 있는 시스템임.

 

 

 

(그림 3)스네어 돌연변이에 의한 소포체 튜불 구조 결함. 정상 효모에서는 그물망 형태의 소포체 튜불 구조가 확연히 관찰되나, 아틀라스틴과 스네어 단백질이 동시에 제거된 효모에서는 소포체 튜불의 그물망 구조가 대부분 소실되어 있음.

 

 

 2. 개발 원리: 단일 진핵세포 생명체인 효모와 이로부터 분리한 효모의 소포체를 이용하여 소포체 막융합을 시험관에서 재현할 수 있는 방법을 확립하였다. 이를 통해 기존의 가설과는 달리, 아틀라스틴 단백질은 관 모양의 소포체들을 연결 위치에 끌어다 놓는 역할을 할 뿐이고 직접 연결을 매개하는 접착제 역할을 하는 것은 스네어 단백질이라는 것을 입증하였다.     * 스네어(SNARE) : 진핵세포에서 대부분의 막융합 과정을 매개하는 단백질

 

 3. 연구 성과
  가. 소포체 생성 및 구성 원리를 밝혀 사람 등 고등생명체를 구성하는 진핵세포 생성 및 유지의 원리 규명에 필수적인 기초연구에 기여하였다.
  나. 아틀라스틴 단백질 및 소포체 구조형성 단백질 돌연변이에 의해 발생한다고 알려진 ‘유전성 강직성 하반신마비’등 난치성 희귀질환의 치료제 개발에 초석을 놓았다. 
   * 유전성 강직성 하반신마비: 다리의 근육이 점차로 약해져 마비되는 유전성 신경계 질환으로 심각한 경우 시각 및 청각장애, 정신지연 및 운동실조 등의 이상이 나타날 수 있다.
  다. 소포체를 대량으로 분리하여 막융합 정도를 정량적으로 측정할 수 있는 새로운 방법을 개발하여 기존에 현미경 관찰에 의존하여 연구자 선입견이 개입하거나 효율이 떨어지는 문제를 해결하였다.

 

 

           

 

(왼쪽부터) 생명과학부 전영수 교수, 이미리암 박사과정생, 고영준 박사과정생

 

 

□ 한편, 이번 연구를 주도한 전영수 교수는“이번 연구는 소포체 생성 원리에 대한 기존 가설을 반박하고 새로운 가설을 제안한 데 큰 의의가 있으며, 새롭게 개발된 소포체 막 융합 분석시스템은 향후 소포체 막 융합 과정 및 소포체 구조 형성 원리를 규명하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것이라 기대된다. 아울러, 유전성 강직성 하반신 마비 등 소포체 구조 결함에 의해 야기되는 난치성질환의 치료법 개발에도 이론적 단초를 제공할 수 있을 것이다”고 밝혔다.       <끝>

 

 

 

한국연구재단·GIST 대외협력팀