단백질 상분리 열역학적 조절 원리 이해
서울대학교 공과대학 기계공학부 신용대 교수 연구팀은 대구경북과학기술원(고재원 교수) 및 부산대학교(최정모 교수) 연구진과 함께 신경세포 시냅스의 응집 현상을 일으키는 단백질 상분리 조절 원리를 규명하였다.
신경세포 억제성 시냅스에는 골격 역할을 수행하는 gephyrin 단백질, 신경전달물질 수용체 및 접착단백질 등이 국소적으로 응집되어 있다. 본 연구팀은 이들 억제성 시냅스의 주요 구성 요소들의 상분리 거동을 분자 단위에서 분석하였다.
연구팀은 gephyrin 단백질의 비정형 링커 도메인이 액체-액체 상분리 현상에 중요함을 밝혔다.
추가적인 신경생물학 실험 및 분자 시뮬레이션을 통하여 링커 도메인에 의한 상분리 조절이 분자 내, 혹은 분자간 전기적 상호작용과 이를 통한 gephyrin 단백질의 구조적 변형에서 발생한다는 사실을 발견하였다.
- 결합 단백질에 의한 스캐폴드 상분리 조절
연구진은 억제성 시냅스 수용체 등의 구성 요소들과 gephyrin 단백질간의 상호작용 세기 및 방식에 따라 gephyrin 상분리의 열역학적 안정성이 상이하게 조절됨을 밝혔다.
한발 더 나아가 연구진은 생쥐 뇌 신경세포에서 광유전학적 상분리 제어 시스템을 활용하여, gephyrin 결합 단백질의 국소적인 분포에 의해 신경세포 세포막에 접착된 gephyrin 단백질 상분리가 유도될 수 있음을 입증하였다.
세포 내부의 다양한 상분리 응집체들이 세포의 대사 및 기능 조절에 핵심적으로 작용하기 때문에, 이번 성과는 향후 이러한 상분리 응집체들의 형성 및 조절 원리를 이해하는데 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 보인다.
본 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 세계적인 학술지인 ‘PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)’에 게재되었다.