고기능 생체소재 개발 가능한 비막성 미세소낭 구조체 형성 기작 규명
- 세포의 비막성소기관 생성과정 이해 및 생체소재로 활용 기대 -
□ 의료용으로 활용 가능한 비막성 미세소낭 구조체* 제조 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
* 비막성 미세소낭 구조체(membrane-less vesicle-like compartment) : 내부와 외부환경을 구분하는 별도의 막이 없이 물질을 담고 전송하거나 특정 기능을 수행할 수 있는, 세포 내에서 발견되는 소낭(소포) 형태의 구조체를 말한다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 충남대학교 최유성 교수 연구팀(제1저자, 최현석 박사과정)이 황동수 교수(포항공과대학교) 연구팀 및 조엔-앰마 세아(J.-E. Shea) 교수(캘리포니아주립대학교 산타바바라) 연구팀과 공동으로 무정형단백질 GG1234를 활용해 비막성소기관*의 대표적 형태 중 하나인 미세소낭 구조체를 제조, 이 구조체의 형성 기작을 상세히 규명했다고 밝혔다.
* 비막성소기관(membrane-less organelle) : 세포소기관에는 막구조를 하는 막성소기관과 리보솜, 핵소체, 스트레스 과립(stress granule)과 같이 막구조가 없는 비막성소기관이 존재하는데 일반적으로 세포소기관은 막성소기관을 말한다.
□ 세포는 세포소기관 외에도 막이 없는 비막성소기관을 활용하여 물질의 수송, 생화학 반응, 전사와 번역의 조절, 스트레스 대응, 신호 전달 등 다양한 생명현상을 효율적으로 수행한다는 것이 밝혀지고 있지만, 관련 연구는 아직 초기 단계다.
○ 최근 들어 무정형단백질이라 불리는 특정한 3차 구조를 갖지 않는 단백질이 비막성소기관을 형성하고 조절하는 데 중요하게 관여한다는 사실이 점차 드러나고 있으며, 이와 함께 무정형단백질을 활용한 생체소재 개발에 대한 관심도 높아지고 있다.
□ 이에 연구팀은 타겟 단백질인 골형성단백질 bhBMP-2와 GG1234의 상호작용을 통해 비막성 미세소낭 구조체를 제조했으며, 그 형성 메커니즘을 다양한 실험과 동역학적 분자모델링 시뮬레이션을 바탕으로 상세히 규명하는 데 성공했다.
○ GG1234의 단순 코아세르베이션(coacervation)*에 의해 구형의 액적**이 형성되고 여기에 bhBMP-2가 추가하면, bhBMP-2가 내부로 침투하면서 액적 표면에서부터 GG1234/bhBMP-2 복합 코아세르베이션이 형성된다. 연구팀은 이 과정을 통해 액적의 형태가 코어-쉘 구조의 미세소낭 형태로 스스로 변화하고, 쉘 영역이 고체상으로 상전이되면서 비막성 미세소낭 구조체가 만들어진다는 것을 확인했다.
* 코아세르베이션(coacervation) : 하나의 고분자 용액이 물리적 혹은 화학적 조건 변화에 따라 액체-액체 상분리 현상에 의해 고농도의 고분자 용액 상과 희석된 용액 상으로 자발적으로 나누어지는 현상을 의미한다.
** 액적 : 동그란 방울 모양의 액체.
*** 코어-쉘(core-shell) 구조 : 서로 다른 물질로 이뤄진 코어(알맹이)와 쉘(껍데기)가 맞붙은 구조.
□ 최유성 교수는 “이번 연구성과는 무정형단백질을 기반으로 비막성소기관이 어떻게 형성되고 조절되는지에 대한 과학적인 단서와 직관을 제공하고 있다”며, “향후 비막성 미세소낭 구조체 형성을 통한 고기능 생체소재의 개발이 기대된다”고 밝혔다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원 사업으로 수행된 이번 연구성과는 화학/소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 12월 8일 게재되었다.
