■ 연구성과

- 표적치료의 주요 타겟인 인간 막 단백질들의 접힘 경로를 규명할 수 있는 새로운 길을 열어 -

생명과학부 윤태영 교수 연구팀은 세계 최초로 인간 막 단백질 접힘 경로를 규명할 수 있는 방법론을 개발함. 이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 리더연구자지원사업(창의연구지원사업)과 원천기술개발사업(바이오의료기술개발사업)의 지원을 받아 수행되었으며, 서울대학교 생명과학부 최희정 교수 연구팀, UCLA (University of California, Los Angeles)의 James U. Bowie 교수 연구팀이 참여하여 공동연구를 진행하였음.

막 단백질은 세포막에 존재하는 단백질로써 세포 사이의 중요한 생체 신호를 전달하거나, 특정 분자를 수송 및 운반을 하기도 하며, 효소로써도 활동하기 때문에 약물의 표적 치료 대상으로 중요하게 이용됨. (그림 1 참조)

막 단백질의 80%를 차지하고 있는 나선 막 단백질은 1990년에 발표된 2단계 모델 (the two-stage model)을 통하여 발생 된다고 알려져 왔음. 

첫 번째 단계는 리보솜으로부터 합성된 아미노산이 안정화된 나선 형태를 이룬 뒤 막에 삽입되는 과정이고, 두 번째 단계는 삽입된 나선들이 상호작용하여 구조를 이루는 것임.

하지만, 지금까지의 다양한 연구는 실험적 접근성의 한계로 인하여, 나선 막 단백질의 접힘을 직접 관찰하기보다 풀림 현상만을 관측하는 연구를 해왔음.

본 연구진은 이러한 막 단백질의 접힘을 직접 관측하고 접힘 현상의 특성 및 원리를 규명하기 위하여, 단분자 자기집게 기술을 이용함. 단분자 자기집게 기술이란 단백질에 자성 구슬을 매달고 외부에서 자석을 가까이함으로써 단백질과 연결된 자성 구슬에 힘을 세밀하게 가할 수 있는 기술임. 

먼저 높은 힘을 가해 단백질을 완전히 풀어낸 뒤, 다시 힘을 낮추어 나선들이 상호작용을 통해 하나의 막 단백질이 접히는 것을 전 세계 최초로 관측하였음 (그림 2 참조). 이를 통하여 접힘 경로의 모델을 예측하였을 뿐만 아니라, 2단계 모델의 속 두 개의 단계가 동시에 일어날 수 있는 연결된 모델(coupled model)이라는 가능성을 제시함 (그림 3, 4 참조).

 - 인간에 존재하는 단백질인 GPCR 단백질 종류 중 베타-2-아드레날린 수용체 (beta-2-adrenergic receptor)의 접힘 경로를 전 세계 최초로 관찰하였고, N말단부터 C말단 방향으로 나선 2개가 하나의 단위를 갖고 접힌다는 것을 밝혀냄. 특히, 이 GPCR 막 단백질은 근육의 이완과 기관지 확장에 관여 하는 단백질로써, 접힘의 원리 및 구조적 특성을 밝혀내는 것은 치료제 연구에 큰 도움을 줄 수 있음.

 - 추가적으로 대장균에 존재하는 막 단백질(GlpG)의 접힘경로 또한 관측함으로써, 진화적 거리가 가장 먼 2 종류의 서로 다른 막 단백질의 접힘 현상이 ‘N말단부터 C말단 방향으로 나선 2개가 하나의 단위를 갖고 접힌다’는 공통적인 일반 원리가 존재함을 입증함.

연구내용은 2019년 11월 29일(금) 6:00(한국시간) Science지에 출판될 예정이며 (science.sciencemag.org), Science press package team에서 연구 내용을 인터뷰 및 영상을 통하여 조명할 예정임.

[붙임]   1. 연구결과  2. 용어설명  3. 그림설명  4. 연구진 이력사항

자료제공 : 생명과학부(02-880-2246)