생명 활동에 중요한 '세포 엑소시스트' 원리, 단분자 수준에서 규명

서울대

면역세포가 항체를 분비해 몸속에 침투한 박테리아를 방어하는 모습. 세포는 '세포 외 분비' 과정을 통해 세포 내 단백질이나 신경전달물질, 호르몬 등을 세포 밖으로 내보낸다. 게티이미지뱅크 제공

'세포 외 분비(Exocytosis)'는 세포가 세포 밖으로 단백질이나 신경전달물질, 호르몬 등을 운반하는 과정으로 세포 기능과 생명 활동 유지에 중요한 역할을 한다. 국내 연구팀이 국제공동연구를 통해 그동안 세포 외 분비 과정에서 작동 메커니즘이 정확히 밝혀지지 않았던 단백질 복합체의 기능을 분자 수준에서 파악하는 데 성공했다.

서울대는 윤태영 생명과학부 교수팀이 미국 매사추세츠주립대 의과대학 메리 먼슨 교수팀과의 공동연구를 통해 형광 이미징 기술을 활용해 세포 외 분비 과정에서 중요한 역할을 하는 단백질 복합체 '엑소시스트(Exocyst)'의 역할을 단분자 수준으로 규명하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 연구결과는 6일(현지시간) 국제학술지 '네이처 구조 및 분자생물학'에 공개됐다.

세포막과 비슷한 구조로 세포 내 물질을 둘러싸 운반하는 작은 구조체인 소포는 세포 외곽의 세포막과 결합하면서 물질을 세포 밖으로 내보낸다. 엑소시스트는 8개의 단백질이 결합한 거대 단백질 복합체로 소포를 세포막에 결합시키는 데 관여해 분비 과정을 돕는 것으로 알려졌다. 기존 연구는 엑소시스트를 구성하는 단위 단백질 연구에 국한돼 복합체 전체의 작동 방식은 정확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 엑소시스트 복합체를 정제하고 단분자 형광 이미징을 통해 엑소시스트의 역할을 규명했다. 단분자 형광 이미징은 형광현미경으로 생체 분자의 상호작용에서 일어나는 현상을 단일 분자 수준으로 정밀하게 측정할 수 있는 기법이다.

세포 내 단백질 복합체인 엑소시스트의 역할을 나타낸 모식도. 엑소시스트는 세포 외 분비 과정에 중요 역할을 하는 단백질인 Sso1, Sec9, Snc2가 순차적으로 결합하는 과정에 직접 관여해 촉진한다. 서울대 제공

분석 결과 엑소시스트는 세포 외 분비 과정에서 SNARE 단백질인 Sso1, Sec9, Snc2이 순차적으로 결합하는 과정과 소포와 세포막의 막 융합 과정까지 광범위하게 관여하며 작동한다는 사실이 밝혀졌다. SNARE는 소포가 세포막과 결합하는 과정에서 막 융합이 일어나도록 돕는 단백질들을 말한다.

엑소시스트는 Sso1의 구조를 변화해 활성화하고 Sec9와 결합하도록 유도해 이량체 SNARE 복합체 형성을 촉진했다. 이후 복합체가 소포에 달린 Snc2와 결합해 삼량체 SNARE 복합체를 형성하도록 돕고 막과 막의 융합 촉진에도 기여한다는 사실이 밝혀졌다.

연구결과는 엑소시스트의 구체적인 메커니즘을 밝혀 세포 외 분비 과정 등과 관련된 질병 치료에 도움이 될 것으로 기대된다.

윤태영 교수는 "거대 단백질 복합체에도 다양한 단분자 형광 기법을 적용할 수 있는 가능성을 보여 주었다"며 "공동연구를 통해 엑소시스트 복합체와 더 다양한 세포 외 분비 조절인자의 상호작용을 밝히는 후속 연구를 수행하고 있다"고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41594-024-01388-2

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]