UNIST, 뇌 신경세포 에너지 공급하는 단백질 찾았다

자체 형광 센서 기술로 ‘mtIF3’ 밝혀내

울산과학기술원(UNIST)이 뇌 신경회로에 필요한 에너지를 공급하는 단백질을 발견했다. (왼쪽부터 이소연 연구원, 김재익 교수, 박동근 연구원, 임정훈 교수)

[아시아경제 영남취재본부 이세령 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 뇌의 특정 부분이 다치거나 새로운 언어를 배울 때 재구성되는 뇌 신경회로에 필요한 에너지를 공급하는 단백질을 발견했다.

뇌의 특정 부분이 충격을 받거나 새로운 언어를 배우는 등 자극을 받으면 뇌 신경회로는 회로를 잇는 돌기를 성장시키고 재조직하느라 몹시 분주하다.

UNIST 생명과학과 김재익·임정훈 교수팀은 ‘mtIF3’란 단백질이 뇌 신경세포가 자라나고 다시 구성되는 데 관여한다는 사실을 밝혀냈다.

연구 수행은 한국연구재단 리더 연구, 중견 연구, 기초연구실 지원사업, 서경배과학재단의 연구지원을 받아 이뤄졌다.

연구진은 mtIF3 단백질은 신경세포 축삭돌기의 성장 방향을 잡아주는 성장 원뿔 발달에 필요한 에너지 공급을 촉진하는 역할을 한다고 했다.

해당 단백질은 미토콘드리아 번역 조절을 통해 이러한 역할을 하는데 미토콘드리아는 에너지를 만드는 세포 속 기관이다.

미토콘드리아 번역은 미토콘드리아 안에 DNA 형태로 자체 암호화된 단백질들이 합성되는 과정을 말하며 번역된 단백질은 에너지 합성 과정에 쓰인다.

형광센서의 원리와 mtIF3 단백질의 미토콘드리아 번역 촉진을 통한 신경세포 성장 조절 효과를 보여준 연구그림.

연구팀은 미토콘드리아 번역에 필요한 두 물질이 만나게 되면 형광이 방출되는 원리로 작동하는 센서 기술을 자체 개발해 번역이 활성화될수록 형광 세기도 더 커진다는 사실을 알아냈다.

신경세포 말단에서 mtIF3 단백질을 합성하면 형광 센서에서 검출되는 형광 세기가 커졌으며 이 단백질을 억제했을 때는 신경세포 발달도 억제됐다.

연구진은 mtIF3 단백질이 미토콘드리아 번역을 활성화해 신경세포 발달을 조력한다는 증거라 강조하고 이번 연구로 mtIF3 단백질이 국지 번역(합성) 단백질 중 하나라는 사실을 처음으로 밝혀냈다고 전했다.

mtIF3는 원래 세포핵 속에 암호화된 단백질로 미토콘드리아 번역 개시인자로 알려져 있다.

조건을 바꿔 가며 축색돌기 말단을 분석한 결과 연구그림.

세포체로부터 완성품 단백질 대신 전사체 mRNA를 전달받아 단백질로 바꾸는 과정을 단백질 국지 번역이라 하는데 세포체에서 단백질을 가져오는 것보다 세포 말단에서 바로 합성해 쓰는 것이 세포 기능을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있어 나타나는 현상이다.

전사체는 DNA에 담긴 단백질 정보가 RNA에 옮겨간 것으로 DNA가 단백질 유전정보의 원본이라면 RNA는 해당 정보의 복사본으로 비유된다.

2020년 작고한 故 민경태 교수 연구팀은 mtIF3 단백질의 전사체(mRNA)를 신경세포 말단에서 발견해 이번 실험을 설계했다.

민 교수가 공동 교신저자로 이름을 올린 이번 연구 결과는 생명과학 분야 주요 학술지인 ‘비엠씨 바이올로지(BMC Biology)’에 2022년 1월 7일 자로 발표됐다.

연구진은 “환경과 에너지 수요의 변화에 따라 세포핵 단백질 합성과 미토콘드리아 단백질 합성이 어떤 방식으로 소통해 세포 기능을 조절하는지 밝히는 다양한 연구에 이 기술을 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.

영남취재본부 이세령 기자 ryeong@asiae.co.kr