[과학을 읽다]세포 물질 이동 새 경로 규명됐다

새로운 물질교환 경로와 메커니즘 밝혀내

▲세포가 물질을 이동시키는 새로운 경로와 구조가 파악됐다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 세포가 물질을 이동시키는 새로운 경로와 구조가 파악됐습니다. 생명 기원에 대한 신비를 해결하는데 도움이 될 것으로 기대됩니다. 나아가 세포 내 물질이동의 결함으로 발생하는 질병의 치료법 개발에 이론적 단초를 제공할 수 있습니다.

국내 연구팀이 생명을 구성하는 최소 단위인 세포 가운데 인간을 비롯한 고등생명체를 구성하는 단위인 진핵세포에서 일어나는 새로운 물질교환 경로와 메커니즘을 규명했습니다.

세포는 미토콘드리아, 핵, 소포체, 리소좀 등의 작은 소기관으로 구성돼 있습니다. 지금까지 이 소기관들 사이에서 단백질과 같은 물질이 이동할 때 일종의 보자기인 소낭에 담겨 전달된다고 알려져 있었습니다. 연구팀은 세포의 대표적 소기관인 핵과 리소좀을 직접 연결하는 막접촉점의 상호작용을 통해 소낭 없이 물질이 이동하는 경로를 3차원의 입체적 구조로 설명했습니다.

세포 내부에서 일어나는 물질이동은 주로 소낭(vesicle)이라는 작은 막구조체에 의해 이뤄집니다. 소낭에 의한 물질이동 경로 이론(2013년 노벨생리의학상 수상)만으로는 설명할 수 없는 세포 내 물질이동 현상이 존재합니다. 이 중 세포소기관들이 직접 서로 물리적으로 접촉해 막접촉면을 형성하고 이를 통해 다양한 물질이 교환될 수 있다는 사실이 최근 연구를 통해 알려졌습니다.

연구팀은 단일 진핵세포 생명체인 효모를 연구모델로 이용했습니다. 핵과 리소좀 간의 막접촉점인 NVJ(nucleus-vacuole junction)를 형성하는 단백질복합체인 Nvj1p-Vac8p의 3차원 구조를 밝혀냈습니다. 연구팀은 Vac8p 단백질이 스캐폴드(단백질의 구조적 특징 중의 하나)를 가지고 있으며 결합되는 단백질의 기능에 따라 다양한 역할을 수행할 수 있다는 사실을 알아냈습니다.

연구팀은 새롭게 규명된 Nvj1p-Vac8p의 3차원 구조를 바탕으로 핵과 리소좀 간의 막접촉점 형성에 중요하게 작용하는 아미노산 상호작용을 분석했습니다. 그 결과를 토대로 효모 세포에서 아미노산을 돌연변이 시켰을 때 두 소기관을 연결하는 막접촉점이 사라지고 핵과 리소좀 간의 물질 이동이 억제되는 것을 보였습니다.

그동안 세포 소기관 막접촉점은 전자 현미경으로 세포를 관측하는 정도의 해상도로만 연구됐습니다. 이번 연구에서는 X-ray 구조법을 사용해여 막접촉점을 직접적으로 연결해주는 단백질 복합체의 입체 구조를 원자 수준의 높은 해상도로 관측했다는 데 의의가 있습니다.

미래창조과학부(장관 최양희) 기초연구지원사업(개인연구, 집단연구)과 교육부 이공학개인기초연구지원사업을 수행한 이창욱(울산과학기술원)·전영수 교수(광주과학기술원) 공동연구팀이 수행했습니다. 연구 결과는 국제 학술지 미국과학학술원회보(PNAS, 논문명 : Mechanistic insight into the nucleus-vacuole junction based on the Vac8p-Nvj1p crystal structure ) 5월24일자에 실렸습니다.

이창욱·전영수 교수는 "이번 연구는 인간과 같은 고등생명체를 구성하는 진핵세포의 세포소기관 간 막접촉점을 형성하는 단백질 복합체의 구조와 작동 메커니즘을 밝혔다는 면에서 의미가 있다"며 "생명 기원에 대한 이해, 세포 내 물질 이동의 결함으로 일어나는 질병치료법 개발에 새로운 이론적 단초를 제공할 수 있을 것"이라고 말했습니다.