‘손상된 세포막 복구기전 밝혀져!’
세포막 보호를 위한 단백질 패치가 만들어지는 새 기전 세계 최초 규명
송현규 교수팀, 근육세포 복구하는 TRIM72 E3
유비퀴틴 리가아제 작동 메커니즘 규명
구조 및 분자 생물학 분야 세계적 학술지 Nature Structural & Molecular Biology 게재
□ 손상된 세포막의 복구과정에 대한 자세한 기전이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 밝혀졌다.
□ 고려대학교(총장 김동원) 생명과학부 송현규 교수 연구팀은 “세포막이 손상되었을 때 복구되는 과정에서 결정적인 역할을 하는 TRIM72 단백질이 어떻게 생체 내에서 작동하는지 분자기전을 규명”했다고 밝혔다. 연구 결과는 구조 및 분자 생물학 연구분야 세계적 전문학술지인 네이처 구조 분자생물학(Nature Structural & Molecular Biology)에 런던 현지시각 9월 28일자(한국시간 9월 29일) 온라인 논문으로 게재됐다.
□ 세포는 인지질막을 이용하여 세포 내부의 물질들을 외부로부터 보호한다. 세포막 손상을 입으면 세포는 살아갈 수 없을 뿐만 아니라 염증성 질환, 비정상 세포 성장, 감염성 질환, 신경 장애 등 거의 모든 생명현상에 직접적인 영향을 준다. 따라서 세포막이 손상되면 세포는 신속히 복구하는 기전을 가지고 있고 이는 생명현상을 유지하는 필수적인 방법이다.
○ TRIM72 단백질은 TRIM이라고 불리는 70여 개의 단백질 군의 하나로 E3 유비퀴틴 리가아제이다. 따라서 기질 단백질에 유비퀴틴을 결합시키는 효소 활성을 가지고 있으며 가장 잘 알려진 생체 내 기능은 손상된 세포막 복구이다.
○ 기존 네이처 셀바이올로지에 발표된 바에 의하면 TRIM72 단백질은 근육 세포막이 손상을 받았을 때 세포막 주위로 모여들고 세포막이 복구되기 위한 시간을 벌어주는 것으로 알려져 있었다.
□ 현재까지 70여개 TRIM 군의 단백질 중 전체 구조가 밝혀진 것은 하나도 없을 뿐만 아니라 TRIM72 단백질이 어떻게 세포막 복구에 관여하는지에 대한 명확한 연구결과도 보고되지 않았다.
□ 이번 연구에서 연구팀은 TRIM72 이량체(dimer)의 전체 구조(full-length)를 세계 최초로 규명하였고(그림 1), 더 나아가 세포막 위에서 어떠한 모양의 다량체(oligomer)를 만드는지 구조를 밝혀서(그림 2) 세포막이 손상되었을 때 패치처럼 붙어서 순간적으로 세포막이 더 이상 손상을 입는 것을 막는 기전을 밝힌 것이다.
○ TRIM72 단백질은 이량체로 용액상에서 존재하며 가운데 PRYSPRY 도메인을 중심으로 좌우에 긴 형태의 coiled-coil 구조를 가지고 있다(그림 1 참조). RING과 B-박스 도메인 coiled-coil 구조 외각 방향으로 존재한다. 그림 1에서 보는 것 처럼 TRIM72 단백질의 전체 구조는 날개를 편 새의 모습과 흡사하다.
○ 이러한 TRIM72 단백질은 세포막이 손상되었을 때 세포막에서 고차원(high-order)의 다량체를 형성하면서 세포막을 외부로부터 보호한다. 이러한 세포막 위의 다량체 경우도 특정한 모양를 이루는데 이 구조를 극저온 전자 단층촬영법(Cryo-electron tomography)을 이용하여 시각화하였다(그림 2).
○ 또한 본 연구에서 이량체의 TRIM72 E3 유비퀴틴 리가아제의 활성은 극히 낮지만 세포막에서 고차원 다량체를 이뤘을 때는 효소 활성이 증대되는 것도 생화학적으로 증명하였다(그림 3).
□ 고려대 송현규 교수는 “이번 연구는 구조생물학의 여러 가지 기술인 X-선 결정학, X-선 소각산란법, 극저온 전자현미경, 극저온 전자 단층촬영법을 총동원하여 TRIM72 분자의 용액상 구조와 생체막에 결합된 형태의 구조를 세계 최초로 밝힌 것이다. 구조 정보를 기초로 생화학 및 세포생물학적 연구를 추가로 진행하여 손상된 세포막이 어떻게 TRIM72 단백질에 의해서 복구되는지에 대한 명확한 해답을 얻었다”고 연구의 의의를 설명했다.
□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 중견연구자사업 및 바이오의료기술사업의 지원으로 수행됐다.
※ 첨부 : 1. 용어설명 1부.
2. 그림설명 1부.
3. 연구진 소개 1부.