세포의 비막성소기관 생성과정 이해 및 생체소재로 활용 기대
|
▲ 무정형단백질에 의해 스스로 형성되는 비막성 미세소낭 구조체 형성 메커니즘골형성단백질 bhBMP-2와 인공 무정형단백질 GG1234에 의한 비막성 미세소낭 구조체 형성은 다음 단계를 통해 진행된다. 1) bhBMP-2 없는 환경에서 GG1234의 단순 코아세르베이션에 의한 구형의 고점도 액적 형성 2) bhBMP-2 첨가에 따른 GG1234와의 복합 코아세르베이션에 의한 코아-쉘 구조를 갖는 미세소낭 형태로의 액적 재배열 3) 쉘 영역의 고체-액체 상전이를 통한 비막성 미세소낭 구조체 형성 (그림=충남대 최유성 교수) |
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 비막성소기관의 대표적 형태 중 하나인 미세소낭 구조체를 제조, 이 구조체의 형성 기작을 상세히 규명했다고 밝혔다.
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 액적이 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.
|
▲ 교신저자 충남대 최유성 교수(왼쪽) 제1저자 충남대 최현석 박사과정 (사진=한국연구재단) |
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원 사업으로 수행된 이번 연구성과는 화학/소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 12월 8일 게재되었다.
※ 논문정보
- 논문명 : Spontaneous Transition of Spherical Coacervate to Vesicle-Like Compartment
- 저널명 : Advanced Science
- 키워드 : coacervation(코아세르베이션), intrinsically disordered protein (무정형단백질), membrane-less biomolecular compartments (비막성 생체분자 구조체), vesicle-like structure (미네소낭 구조)
- DOI : 10.1002/advs.202305978
- 저자 : 최유성 교수(교신저자/충남대학교), 최현석 박사과정(제1저자/충남대학교), 홍유리 박사(제2저자/포항공과대학교), 사히드 나자피(Saeed Najafi) 박사(제3저자/캘리포니아주립대학교 산타바바라), 김선영 석사(제4저자/충남대학교), 조엔-앰마 세아(Joan-Emma Shea)교수(공동교신저자/캘리포니아주립대학교 산타바바라), 황동수 교수(공동교신저자/포항공과대학교)
;){kind=link}