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지질 뗏목의 원리 밝혀... 질병 치료에 희소식​

조재완 기자yakpum@yakpum.co.kr | 기사입력 2024/06/05 [10:31]

지질 뗏목의 원리 밝혀... 질병 치료에 희소식​

조재완 기자 | 입력 : 2024/06/05 [10:31]
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▲ (왼쪽부터) KAIST 바이오및뇌공학과 이수호 박사, 고등과학원 박지현 박사, 포항가속기연구소 이현휘 박사, 고등과학원 현창봉 교수, KAIST 바이오및뇌공학과 최명철 교수    

 

지질 뗏목은 세포막 간 융합, 신호 전달, 바이러스 침투 등 세포 기능과 질병 발병의 핵심 과정에 중요한 역할을 한다. 한국 연구진이 지금까지 알려지지 않았던 지질 뗏목의 정렬 원인과 그 조절 메커니즘을 밝혀내어 세포막 간 상호작용을 조절하여 질병 치료에 새로운 접근법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 

 

KAIST 바이오및뇌공학과 최명철 교수팀이 고등과학원(원장 최재경현창봉 교수팀포항가속기연구소(소장 강흥식이현휘 박사와 공동으로 세포막 간의 상호작용을 매개하는 지질 뗏목(Lipid Raft)의 정렬 현상의 원리를 최초로 규명했다고 5일 밝혔다세포 융합바이러스 침투세포 간 신호 전달 등 다양한 세포막 간의 상호작용을 조절할 수 있는 핵심 기전을 밝힌 것이다. 

 

세포막(Cell membrane)은 세포의 내부와 외부를 구분하는 얇고 유연한 막으로지질 이중층(lipid bilayer)으로 구성돼 있다세포막에는 수많은 막단백질(membrane proteins)이 존재하는데이들은 세포가 외부 환경과 소통할 수 있는 창구 기능을 한다. 

 

지질 뗏목은 세포막의 특정 영역으로서높은 유동성을 가지는 세포막의 다른 부분들과는 달리 매우 낮은 유동성을 가지며기능적으로 연관된 막단백질들을 안정된 뗏목 안으로 모아 효율적인 상호작용을 가능하게 한다세포막을 바다로막단백질을 사람으로 비유하자면망망대해에서 멀리 떨어져 헤엄치는 사람들끼리는 서로 의사소통하기 어렵지만이들을 한 뗏목 위에 모두 태워 놓으면 서로 쉽게 대화할 수 있는 것과 비슷하다. 

 

연구팀은 지질 뗏목 위에 존재하는 막단백질 중 많은 수가 세포막 간의 상호작용즉 두 세포막이 서로 생체신호를 주고받거나단백질을 통해 결합하거나두 막이 하나로 합쳐지는 등의 작용에 관여한다는 점에 주목했다. 

 

연구팀은 두 세포막 간의 거리가 지질 뗏목의 정렬을 조절하는 핵심 요인일 것이라는 가설을 세우고세포막을 여러 겹 쌓아 놓은 구조의 지질 다중막(lipid multilayer)을 재구성해 이 가설을 검증했다이때 지질 뗏목들은 단순히 정렬만 되는 것이 아니라각각의 지질 뗏목의 크기가 커지면서 보다 안정된 구조를 형성했다두 세포막 사이의 거리가 지질 뗏목의 정렬과 크기를 조절하는 핵심 스위치인 것을 밝혀낸 것이다.

 

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▲ 그림 1. 세포막 사이의 거리가 줄어듦에 따라 지질 뗏목(붉은색 영역)의 정렬과 성장이 일어나는 과정    

 

연구팀은 분자동역학(molecular dynamics) 시뮬레이션을 통해 물 분자층을 분석한 결과, 지질 뗏목들이 정렬된 상태가 정렬되지 않은 상태보다 불안정한 수소결합 층의 부피가 작기 때문에 전체 시스템의 에너지를 최소화하기 위해 지질 뗏목이 자연적으로 정렬되는 것을 밝혀냈다.

 

최명철 교수는 지질 뗏목이 세포막 간의 상호작용에 관여한다는 사실은 잘 알려져 있지만어떤 원리로 상호작용을 매개하는지는 아직 베일에 싸여 있었다, “이번 논문은 세포막 간의 거리가 지질 뗏목의 정렬나아가 세포막 사이의 상호작용을 조절하는 핵심 스위치임을 밝혀내어 생명 현상의 바탕이 되는 물리적 환경의 중요성을 재조명하는 이정표적 연구라고 연구의 의의를 설명했다. 

 

최 교수는 또한 특히 물 분자의 수소결합이 지질 뗏목의 정렬을 매개하는 중요한 요소임을 보여주었는데이는 우리 몸의 약 70%를 차지하는 물이 생명 현상이 일어나는 무대에서 단순한 조연이 아닌 주연으로 활약할 수 있음을 보여준다고 강조했다이어 최 교수는 지질 뗏목을 모사하는 구조는 현재 생체 센서 등에 활발하게 활용되고 있으며이번에 발견한 세포막 사이의 거리라는 스위치를 통해 보다 다양한 기능을 가진 생체 센서들이 개발될 수 있는 공학적 토대도 제공할 것이다라고 기대감을 내비쳤다.

 

KAIST 이수호 박사와 고등과학원 박지현 박사가 공동 제저자로고등과학원 현창봉 교수와 KAIST 최명철 교수가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 미국화학회지(Journal of American Chemical Society)’에 5월 22일 字 표지논문(supplementary journal cover)으로 게재됐다. (논문명: Water Hydrogen-Bond Mediated Layer by Layer Alignment of Lipid Rafts as a Precursor of Intermembrane Processes)

 

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▲ 그림 2. 국제학술지 JACS 논문 표지 이미지    

 

한편 이번 연구는 한국연구재단, 보건복지부, KAIST의 지원을 받아 수행됐다.

 

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