광주과기원 엄수현·김도한 교수팀 "심혈관·신경계 질환 치료에 실마리 제공"
국내 연구진이 세포 내 호흡과 에너지합성 등생명 유지에 핵심 역할을 하는 미토콘드리아에서 칼슘 유입통로 기능을 하는 막단백질의 고해상도 3차원 구조와 기능을 밝혀냈다.
광주과학기술원(GIST) 생명과학부 엄수현·김도한 교수 연구팀은 8일 미토콘드리아에서 칼슘 유입 통로 역할을 하는 막단백질인 '미토콘드리아 칼슘 유니포터'의한쪽 끝 부분(N-말단)의 고해상도 3차원 구조를 밝히고 이 구조가 새로운 유형의 단백질 접힘이라는 사실을 확인했다고 밝혔다.
한국연구재단 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행된 이 연구 결과는 분자생물학 분야 국제학술지 '엠보 리포트'(EMBO Reports, 10월 1일자)에 게재됐다.
미토콘드리아는 세포 내 칼슘 농도를 조절해 에너지 합성과 신호전달 등 생명유지에 필요한 다양한 기능을 수행하지만 어떤 과정을 통해 칼슘 농도가 조절되는지는 최근까지 명확히 밝혀지지 않았다.
2011년 미토콘드리아 내막에 있는 막단백질 '미토콘드리아 칼슘 유니포터'가 칼슘 유입통로 역할을 하며 이것이 제 기능을 못하면 각종 질환으로 이어질 수 있다는사실이 밝혀지면서 의약품 개발 분야에서 표적 단백질로 주목받고 있다.
그러나 아미노산 230여개가 연결된 단백질인 미토콘드리아 칼슘 유니포터의 3차원 구조에 대해서는 아직 보고된 것이 없었다.
연구진은 미토콘드리아 칼슘 유니포터의 한쪽 끝인 N-말단 부위의 단백질 결정을 만든 다음 이를 X선 단백질결정학기법으로 분석, 이 부위가 지금까지 보고된 적이 없는 새로운 유형의 단백질 접힘(folding) 구조로 돼 있다는 사실을 밝혀냈다.
단백질은 아미노기(-NH₂)와 카르복실기(-C00H)를 가진 아미노산이 긴 사슬처럼연결된 물질로 사슬 한쪽 끝은 아미노기가 붙어 있는 N(질소)-말단, 다른 쪽 끝은카르복실기가 붙어 있는 C(탄소)-말단으로 돼 있다.
단백질은 나선구조(helix)와 라면 가닥처럼 구부러진 구조가 사슬처럼 연결되고이 사슬이 뭉쳐 독특한 3차원 구조를 이루면서 다양한 기능을 수행한다.
연구진은 N-말단 부위의 고해상도 3차원 구조를 밝혀낸 뒤 이 부위를 삭제하거나 이 부위에 돌연변이를 도입하는 실험을 통해 이 부위에 이상이 생기면 미토콘드리아의 칼슘 유입 활성이 크게 저해된다는 사실을 확인했다.
엄수현 교수는 "미토콘드리아의 과다한 칼슘 유입으로 인한 세포사멸은 심근경색, 뇌전증 등 심혈관·신경계 질환을 유발한다"며 "이 연구결과가 미토콘드리아 칼슘 유니포터를 표적으로 하는 질병치료법 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 기대한다"고 말했다.
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