뇌 속 신경전달물질 주머니 '응집 비밀' 풀다..두 단백질 간 정전기 영향

장성호 서울대 교수팀, 양전하-음전하 단백질 상호작용
비신경세포에서도 유사한 구조의 응집현상 재현 가능

장성호 서울대 교수 연구팀이 시냅스소낭에 있는 시냅토파이신과 시냅신 단백질이 뇌 속 신경전달물질이 '액체-액체 상분리 현상'을 통해 응집돼 있음을 밝혀냈다. 그림은 두 단백질에 의한 상분리 현상과 비신경세포에서 시냅스소낭의 응집 모사구조. 연구재단 제공

한미 연구진이 뇌 속 신경전달물질이 서로 무리 지어 뭉쳐 있는 응집현상에 관여하는 단백질을 찾아냈다.

한국연구재단은 장성호 서울대 교수 연구팀이 피에트로 카밀리 미국 예일대 교수 연구팀과 공동으로 뇌 속 신경전달물질 주머니가 스스로 뭉쳐지는 메커니즘을 규명했다고 11일 밝혔다.

세포 내에 존재하는 여러 소기관과 단백질은 정해진 위치에서 특정 역할을 하도록 '세포 내 구획화'로 이뤄진다. 그동안 세포 내 구획화는 물리적 장벽인 '막'에 의해 이뤄지는 것으로 알려져 왔으나, 최근 들어 액체-액체 상분리 현상에 의해 특정한 막 구조 없이 스스로 뭉쳐 기능을 수행할 수 있다는 증거들이 제시되고 있다.

뇌 속 신경세포는 '시냅스소낭'이라는 작은 주머니에 신경전달물질을 보관하고 있다. 신경세포가 자극을 받으면 시냅스소낭에 있는 신경전달물질을 분비해 다음 신경세포로 전달한다.

하지만, 자극이 없는 평상 시에 시냅스소낭들은 서로 무리를 지어 뭉쳐 있는데, 이런 응집현상이 일어나는 원리에 대해선 알려지지 않았다.

연구팀은 물과 기름을 섞으면 각자 액체로 유동성은 유지하면서 서로 섞이지 않고 뭉쳐 있는 '액체-액체 상분리 현상'에 관여하는 두 개의 단백질을 찾아냈다. 두 단백질은 시냅스소낭에서 음전하를 갖는 '시냅토파이신'과 양전하를 갖는 '시냅신' 간 정전기에 의한 상호작용에 의해 상분리 현상을 유지한다는 사실을 밝혀냈다.

실제, 전자현미경을 통해 상분리 현상을 나노미터 수준에서 관찰한 결과, 시냅스소낭의 응집구조와 매우 유사한 것을 확인했다.

장성호 서울대 교수는 "살아있는 세포뿐 아니라 비신경세포에 두 단백질을 발현시키면 시냅스소낭의 응집구조와 매우 유사한 특징을 갖는 모사 구조를 비신경세포에서 간단히 재현할 수 있어 기초신경과학 연구와 신경계 질환 연구에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(11일자)'에 실렸으며, 과기정통부와 연구재단의 지원을 받아 연구가 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr