[표지로 읽는 과학] '쿵쿵 ' 심장박동 일으키는 근단백질 구조 첫 규명

네이처 제공

국제 학술지 '네이처'는 이번 주 표지에 형형색색의 나무를 모아둔 것 같은 심근(심장근육) 속 미오신 필라멘트의 한 조각을 실었다. 로저 크레이그 미국 메사추세츠 챈 의대 세포생물학부 교수 연구팀과 슈테판 라운저 독일 막스플랑크분자생리학연구소 교수 연구팀은 지난 11월 1일 각각 심장 근육을 이루는 미오신필라멘트의 분자 구조를 규명해 네이처에 발표했다. 

주먹만한 크기의 심장은 근육으로 이뤄진 기관이다. 펌프처럼 수축과 이완을 반복하며 온몸으로 혈액을 내보낸다. 이를 심장 박동이라고 부른다. 심장 박동은 신경계의 지시에 의해 발생하는 것이 아니다. 운동단백질인 미오신이 심근의 단백질 복합체 액틴 필라멘트를 잡아당기면 근육이 수축돼 심장 박동이 일어난다. 

심장박동에 주요한 역할을 하는 미오신이지만, 미오신 단백질로 이뤄진 미오신필라멘트의 구조는 지난 60년 간 구체적으로 파악되지 않았다. 

크레이그 교수 연구팀은 극저온 전자현미경을 사용해 미오신 단백질이 필라멘트를 이루는 '티틴(titin)'과 '미오신 결합 단백질(cMyBP-C)'이라는 2가지 단백질과 상호작용하며 심장 수축을 이끌어낸다는 사실을 처음으로 밝혀냈다. 

라운저 교수 연구팀은 저온 전자현미경을 활용해 이완된 상태의 미오신필라멘트의 구조를 단층 촬영했다. 이를 통해 미오신, 티틴, cMyBP-C의 3차원 조직을 파악했다. 그 결과 미오신 단백질 분자의 배열구조는 이들이 미오신필라멘트 중에서도 어느 위치에 자리잡느냐에 따라 달라짐을 확인했다. 배열구조는 미오신의 돌연변이 민감도, 생산하는 힘 등과 깊은 연관이 있는 것으로 드러났다. 

연구팀은 심장근육의 수축을 관할하는 미오신필라멘트의 구조를 파악한 이번 연구 결과가 심장 근육이 유발하는 각종 심장 질환을 연구하는 토대가 될 것이라고 설명했다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]