지스트 전영수 교수 공동연구팀, ‘​세포 내 물질수송의 정확성 기전’ 규명

지스트(GIST,광주과학기술원)는 세포 로지스틱스 연구센터 전영수 교수(생명과학부)와 미국 Dartmouth(다트머스) 대학 공동 연구팀이 ‘세포 내 물질수송의 정확성이 세 종류 단백질의 고유한 조합에 의해서 결정된다’는 사실을 규명했다고 6일 발표했다.

이번 연구를 통해 ‘세포 내 물질수송의 정확성이 스네어(SNARE)라는 단백질에 의해 주로 결정된다’는 기존 이론을 반박하고, 향후 세포 내 물질수송 연구에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다. ‘스네어’(SNARE)는 소낭과 세포소기관의 생체막 사이의 막융합을 매개하는 단백질을 말한다. 소낭에 존재하는 한 종류의 SNARE와 세포소기관에 존재하는 세 종류의 SNARE 단백질이 서로 꼬여서 지퍼를 올리는 방식으로 소낭과 생체막 사이의 막융합을 매개한다.

세포 내 물질수송은 세포의 생성 및 생장, 또는 호르몬 및 성장인자 등의 분비를 위해 세포 내부에서 단백질이나 지질을 수송하는 과정을 말한다. 단백질이나 지질은 세포의 모든 장소에서 사용이 되기 때문에 단백질 및 지질의 세포 내 수송은 세포의 생존에 필수적이다. 이러한 세포 내 물질수송이 정확하게 일어나지 않는다면 세포의 생존자체를 위협할 수 있고, 다양한 질환의 원인이 되기도 한다.

세포 내에서의 물질수송은 주로 소낭에 의해 싸여서 일어난다. 한 세포 내 장소에서 생성된 소낭은 세포질을 경유해서 특정 세포 내 장소로 정확하게 이동하여 해당 장소의 생체막과 막융합을 함으로써, 소낭 내부에 포함되어 있던 물질을 최종 목적지에 수송하게 된다. ‘소낭’이란, 세포 내에 존재하는 직경 50 나노미터 내외의 인지질로 둘러싸인 막구조체다. 세포는 이러한 소낭을 이용해 하나의 세포소기관에서 다른 세포소기관으로 단백질이나 지질을 담아서 수송한다.

하지만 소낭이 어떻게 최종 목적지에 정확하게 이동해서 막융합까지 일어날 수 있는지에 대한 작동기전은 잘 알려져 있지 않다. 다만, 2013년 노벨생리의학상을 수상한 제임스 로드만 교수는 스네어 가설(SNARE hypothesis)을 통해 스네어 단백질이 소낭의 최종 목적지를 나타내는 주소 역할을 할 것이라고 제안한 바 있다.

소낭과 생체막간의 막융합을 매개하는 단백질에는 스네어 단백질 이외에도 SM 단백질, NSF, a-SNAP 등 여러 단백질이 존재한다. 기존 이론에 따르면 이런 단백질들의 주요 기능은 스네어 단백질에 의한 막융합을 촉진하는 것으로 알려져 있었다.

이번 연구를 통해 소낭에 존재하는 스네어 단백질, 세포소기관에 존재하는 스네어 단백질, 그리고 각각의 스네어 단백질에 결합하는 SM 단백질이 독특한 조합을 이뤄 작동할 경우에만 소낭과 세포소기관 간 막융합이 가장 높은 효율로 일어날 수 있음을 입증했다. 따라서 세포는 제한된 종류의 스네어 단백질과 SM 단백질을 가지고도 이들 단백질의 다양한 조합을 통해 세포 내 물질수송의 다양성과 정확성을 동시에 확보할 수 있게 되는 것이다.

전영수 지스트 교수는 “이번 연구의 가장 큰 성과는 세포내 물질수송이 어떻게 정확하게 일어날 수 있는지에 대한 새로운 이론을 제시한 것”이라며 “세포 내 물질수송의 결함으로 인해 야기되는 다양한 질환의 치료법을 찾는 연구에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제적 권위의 학술지인 ‘미국학술원회보(PNAS IF=9.6)’ 저널에 11월 4일자 온라인에 게재됐다.
 

전영수 지스트 교수.[사진= 지스트]