발달과정 세포 간 정보전달 원리 규명
발달과정 세포 간 정보전달 원리 규명
김진우 교수 “세포 간 이동이 호메오 단백질들이 가지는 일반적 특성임을 증명”
  • 박정식 기자
  • 승인 2019.07.17 00:00
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[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 국내 연구진이 발달과정 세포 간 정보전달 원리를 규명하면서 ‘호메오 단백질의 이동성’에 대한 학계의 해묵은 논란이 종결될 수 있을 것으로 보인다.

17일 한국연구재단에 따르면 한국과학기술원(KAIST) 김진우 교수 연구팀이 호메오 단백질의 세포 간 이동으로 인해 세포와 세포 사이에서 정보가 전달될 수 있음을 규명했다. 한국과학기술원 이은정 박사가 제1저자로 연구를 주도했다.

호메오 단백질은 DNA에 결합하는 능력을 가진 전사인자로, 세포가 어떤 신체부위로 발달할지 운명을 결정하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서 어떤 호메오 단백질을 가지고 있는지에 따라 동일한 DNA를 가진 세포들의 유전자 발현 양상이 달라져, 뇌, 심장, 피부 등 상이한 특징을 가지는 신체 기관으로의 발달이 가능해진다.

기존 학설의 경우 친수성 물질은 소수성인 세포막을 통과하지 못하므로, 친수성인 호메오 단백질도 만들어진 세포 안에서만 작용한 뒤 소멸된다고 여겼다. 그러나 호메오 단백질이 세포막을 자유롭게 통과해 주변 세포로 이동한다는 주장이 있어, 약 30년간 학계의 논란이 돼 왔다.

호메오 단백질의 세포 분비능 평가 결과. 세포 외부로 분비된 호메오단백질을 검출하기 위해 세포 배양액의 호메오 단백질 상대량을 조사했다(왼쪽 푸른색 바탕의 검은색 이미지). 3가지 다른 세포주를 이용해 검출하고, 각 결과를 병합해 오른쪽 모식도에 나타냈다(흰색: 3가지 세포주 모두에서 분비된 호메오단백질 / 회색: 3가지 세포주 모두에서 분비되지 않은 호메오단백질). (그림=한국연구재단)
호메오 단백질의 세포 분비능 평가 결과. 세포 외부로 분비된 호메오단백질을 검출하기 위해 세포 배양액의 호메오 단백질 상대량을 조사했다(왼쪽 푸른색 바탕의 검은색 이미지). 3가지 다른 세포주를 이용해 검출하고, 각 결과를 병합해 오른쪽 모식도에 나타냈다(흰색: 3가지 세포주 모두에서 분비된 호메오단백질 / 회색: 3가지 세포주 모두에서 분비되지 않은 호메오단백질). (그림=한국연구재단)

연구팀은 기존 세포생물학의 정설을 깨고, 호메오 단백질이 대부분 세포막 밖으로 분비될 수 있음을 입증했다. 연구팀이 인간의 160여개 호메오 단백질을 분석한 결과, 그 중 95%가 세포의 외부로 분비돼 주변 세포로 이동했다. 나아가 세포의 외부로 분비되기 위한 조건으로써 호메오 단백질 내부에 소수성 아미노산 잔기가 필요하다는 것도 증명했다.

김진우 교수는 "이 연구를 통해 세포 간 이동이 호메오 단백질들이 가지는 일반적인 특성임이 증명됐다ˮ며, "이 연구가 30년 가까이 이어져 온 호메오 단백질의 세포 간 이동현상 논란에 종지부를 찍는 중요한 전환점이 될 것으로 본다ˮ고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터, 글로벌연구실) 등의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 생명과학 분야 학술지인 ‘셀 리포트’(Cell Reports) 7월16일자에 게재됐다.

호메오단백질의 세포간 이동 모델. 호메오단백질의 분비 능력은 호메오도메인의 존재와 더불어 호메오단백질의 3차원 구조(호메오도메인 외부에 존재하는 소수성 아미노산잔기에 따라 정해짐)에 의해 결정된다. 세포 바깥 공간으로 분비된 호메오단백질는 세포 표면에 존재하는 프로테오클리칸의 당사슬과 결합을 통해 축적된 뒤 인접한 세포의 세포막을 침투해 세포 내부로 들어간다. 세포로 침투한 호메오단백질들은 해당세포에서 유전자 및 단백질 발현 등의 과정을 조절함으로써 세포의 발달과 유지에 관여한다. (그림=한국연구재단)
호메오단백질의 세포간 이동 모델. 호메오단백질의 분비 능력은 호메오도메인의 존재와 더불어 호메오단백질의 3차원 구조(호메오도메인 외부에 존재하는 소수성 아미노산잔기에 따라 정해짐)에 의해 결정된다. 세포 바깥 공간으로 분비된 호메오단백질는 세포 표면에 존재하는 프로테오클리칸의 당사슬과 결합을 통해 축적된 뒤 인접한 세포의 세포막을 침투해 세포 내부로 들어간다. 세포로 침투한 호메오단백질들은 해당세포에서 유전자 및 단백질 발현 등의 과정을 조절함으로써 세포의 발달과 유지에 관여한다. (그림=한국연구재단)

 

아래는 김진우 교수와 미니 인터뷰.

■ 연구를 시작한 계기나 배경은?

이 연구는 최초 발견 이후 30년이 가까이 흘렀지만 여전히 학계에서 논란이 되고 있는 호메오 단백질의 세포 간 이동현상의 유효성에 대한 결론을 얻기 위한 첫 번째 대규모 분석 프로젝트였습니다.

■ 이번 성과, 무엇이 다른가?

2009년 글로벌연구실사업 연구과제를 계기로 시작하여 10년 가까이 걸렸습니다. 이번 연구는 호메오 단백질들의 세포 간 이동 현상이 이들 단백질들이 가지는 일반적인 특성임을 제시하고 호메오 단백질의 세포 간 이동이 새로운 세포 간 정보교환 방법으로 다양한 생체 환경에서 이용될 가능성을 제시한데에 중요한 의의가 있습니다. 또한, 이번 연구가 30년 가까이 이어져온 호메오 단백질의 세포간 이동 현상의 유효성에 대한 논란에 종지부를 찍는 중요한 전환점이 될 것으로 생각됩니다.

■ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

우리 연구팀은 호메오 단백질 자체가 가진 신경세포 재생 능력을 이용하여 파킨슨병이나 녹내장 등 신경퇴행성질환에 대한 단백질 치료제도 개발 중에 있습니다. 이번 연구를 통해 신규로 발굴해 낸 100개 이상의 세포 이동성 호메오 단백질들의 생체 내에서의 기능에 대한 추가 연구를 진행함으로써 이들 역시 다양한 질환에 대한 단백질 치료제로 개발이 가능할 것인지 검증해보고자 합니다.

 


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