KBSI '생체 세포 간 신호와 물질 이동 작용기작' 최초 규명

커넥신43 간극연접채널의 개폐 조절에 관여되는 모노머의 구조적 다양성(KBSI 제공)

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 초저온전자현미경으로 생체 세포 간 신호와 물질 이동의 작용기작을 밝혀냈다.

심혈관계 및 중추 신경계 질환 예방과 해당 단백질 기전을 활용한 저해제, 치료제 개발에 새로운 길이 열렸다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 전자현미경·분광분석팀 정형섭 박사 연구팀이 고려대 생명과학과 우재성 교수, 서울대 화학부 이형호 교수 연구팀과 세포 간 직접 연결 통로인 ‘커넥신43’과 ‘커넥신36’ 간극연접채널 단백질의 구조와 개폐 기전을 최초로 규명했다고 3일 밝혔다.

간극연접채널은 세포막에 위치하며, 커넥신 단백질로 이뤄진 세포 간 통로를 통해 정보 이동을 촉진하는 역할을 한다.

인간에게는 총 21종의 커넥신 단백질이 존재한다.

이 중 ‘커넥신26’, ‘커넥신46/50’ 간극연접채널의 3차원 구조는 선행연구를 통해 규명됐으나 이들은 주로 열려있는 상태로 예상되는 정적인 구조로 밝혀져 채널의 개폐 기전을 이해하는 데 한계가 있었다.

이에 연구팀은 심장의 규칙적인 운동에 중요 역할을 하는 ‘커넥신43’과 뇌의 전기적 신호 전달에 직접 관여하는 ‘커넥신36’ 간극연접채널의 개폐 기전을 분자 수준에서 연구했다.

연구팀은 KBSI의 첨단연구장비인 초저온전자현미경으로 고분해능 3차원 구조를 재현해 채널의 구멍이 막힌 상태와 열린 상태를 포함한 다양한 형태의 구조를 획득했다.

이를 통해 채널의 개폐 활동에 핵심 역할을 하는 주요 물질과 NTH의 구조적 변화를 확인했다.

‘커넥신43’에서는 채널 개폐에 있어 콜레스테롤이 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있었는데, 이번 연구에서도 콜레스테롤은 농도가 높을 경우 채널 내벽에 달라 붙어 NTH가 채널 안으로 들어가지 못해 구멍의 크기가 가장 작은 구조로 관찰됐다.

커넥신36 간극연접채널 개폐의 구조적 특이성(KBSI 제공)

‘커넥신36’에서는 지질이 채널 개폐에 직접 관여하는 것으로 나타났다.

연구진은 규명된 간극연접채널의 구조와 기전은 심부전, 부정맥, 눈-코-치아 골격이형성증, 뇌전증, 당뇨, 암 등의 발병 원인과 과정을 분자 수준에서 이해를 가능하게 한다고 설명했다.

정형섭 KBSI 박사는 “이번 연구를 통해 초저온전자현미경이 세포막 단백질 구조 규명에 매우 유용한 분석 도구임을 재차 확인할 수 있었다”며 “간극연접채널의 구조와 기전에 대한 이해는 관련 질환의 원인을 분자 수준에서 보다 명확히 파악하고 치료와 관련된 신약 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

서경배연구재단의 신진과학자 연구지원프로그램, 한국연구재단의 개인기초연구, 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 기초과학분야 상위 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난 2월18일, 3월 11일 두 편의 논문으로 게재됐다.

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