박대훈 가톨릭대 교수 '시냅스 액체 상 분리 리뷰' 학술지 표지논문 게재

왼쪽부터 최지영 석박통합과정생(제1저자, 가톨릭대 대학원 생명공학과), 니샤 모하드 라픽 교수(공동저자, 독일 튀빙겐대), 박대훈 교수.(교신저자, 가톨릭대 의생명과학과)/사진제공=가톨릭대

가톨릭대학교는 박대훈 의생명과학과 교수 연구팀이 니샤 모하드 라픽(Nisha Mohd Rafiq)독일 튀빙겐대 교수 연구팀과 공동으로 진행한 '신경세포 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상'에 관한 리뷰 논문이 'Trends in Biochemical Sciences'(IF=11.6, 해당 분야 상위 4.6%)의 10월호 표지논문으로 선정됐다고 21일 밝혔다.

액체와 액체가 상 분리를 보이는 현상(liquid-liquid phase separation, LLPS)은 지질막과 같은 물리적 장벽 없이도 세포 내에서 단백질을 비롯한 고분자들이 자발적으로 뭉쳐 기능적인 구획을 형성할 수 있다는 이론이다. 최근 알츠하이머, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환에서 발견되는 비정상적인 단백질 응집이 액체-액체 상 분리 현상과 관련 있다는 연구 결과가 다수 보고되면서, 뇌질환의 발병 기전과 치료를 위한 신경세포 내 액체-액체 상 분리 현상 연구의 중요성이 대두되고 있다.

이에 박 교수는 파킨슨병에서의 액체-액체 상 분리 현상을 연구 중인 니샤 모하드 라픽 교수와 함께 이번 리뷰 논문을 작성했다.

연구팀은 리뷰 논문에서 시냅스 전 말단에서 관찰되는 여러 현상이 실제 액체-액체 상 분리 현상이 갖는 물리화학적 특징과 어떤 점에서 일치하는지를 다뤘다. 지금까지 발표된 이전 연구 결과들을 바탕으로 시냅스 전 말단에서 액체-액체 상 분리 현상을 유발할 것으로 예측되는 다양한 시냅스 전 말단 단백질들의 특성을 정리했다.

특히 올해 노벨화학상을 수상한 단백질 구조 예측 인공지능(AI) 모델 '알파폴드'를 이용해 액체-액체 상 분리 현상을 만드는데 중요한 역할을 할 것으로 보이는 단백질의 비정형 지역(disordered region)을 예측하고, 기존에 알려진 유전자 제거(knock out) 실험 결과들과의 비교 분석을 통해 해당 단백질의 액체-액체 상 분리 현상이 실제 신경세포 내에서 어떻게 기능을 조절할 수 있을지 다양한 가능성을 제시했다.

액체-액체 상 분리 현상의 기능 이상이 알츠하이머, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환으로 이어지는 과정에 대한 추측을 다양한 관점으로 제시함으로써 신경세포 시냅스 전 말단의 기능 유지 및 신경질환 발병에 있어 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 중요성을 강조했다.

박 교수는 "최근 액체-액체 상 분리 현상이 실제 살아있는 세포 내에서도 중요한 역할을 담당할 수 있을 것이라는 주장이 제기된 이후 많은 연구가 이뤄졌지만, 아직까지도 신경세포 내에서 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 역할과 기능에 대해 밝혀진 것이 매우 적다"면서 "이번 리뷰 논문이 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상의 연구 방향을 제시하고, 더 나아가 뇌질환의 발병 기전 및 치료 연구에도 도움이 되길 바란다"고 말했다.

이번 연구는 BK21 Four 사업 지원으로 진행됐다. 가톨릭대 대학원 생명공학과 석박통합과정 최지영 학생이 제1저자로 참여했다.

경기=이민호 기자 leegija@mt.co.kr