세포 막단백질이 짝을 이루는 과정의 숨은 단계가 세계 최초로 포착됐다. 단백질이 한 번에 결합한다는 기존 통설을 깨고, 실제로는 지퍼처럼 여러 중간 단계를 거쳐야만 결합이 완성된다는 사실이 단일 단백질 분자 수준에서 확인된 것이다.
울산과학기술원(UNIST) 화학과 민두영 교수 연구팀은 세포 막단백질이 짝을 이루는 과정을 실시간으로 추적해 그 안에 존재하는 중간 단계를 규명했다고 8일 밝혔다.
세포를 둘러싼 막에는 수많은 단백질이 박혀 있다. 이 막단백질들은 외부의 신호를 받아들이거나 신호물질을 내보내는 관문 역할을 하며, 이 중 약 50% 이상은 두 개가 짝을 이뤄야 제 기능을 한다.
이번 연구에서는, 이 과정에서 막단백질이 서로 점진적으로 결합한다는 사실이 드러났다. 단백질은 곧바로 붙는 것이 아니라 특정 부위부터 맞물리며 여러 중간 단계를 거쳐 최종적으로 하나의 짝이 완성되는 방식이다. 기존에는 두 막단백질이 다가와 한 번에 결합한다고만 알려져 있었다.
연구팀은 ‘막단백질 상호작용 단분자 집게(single-molecule tweezers)’라는 새로운 분석법을 통해 이를 밝혀낼 수 있었다. 이 분석법은 양쪽 단백질을 일종의 집게로 붙잡아 잡아당기면서 결합이 어떻게 진행되고 끊어지는지 실시간으로 기록할 수 있다.
또 이 같은 결론은 추가 실험에서도 입증됐다. 연구진은 막단백질 사이에 짧은 펩타이드 조각을 끼워 넣어 결합을 방해했다. 그러자 단백질의 결합은 중간 단계에서 멈추고 말았다. 마치 지퍼를 채울 때 가운데 톱니가 망가지면 끝까지 잠기지 않듯 막단백질도 특정 단계가 막히면 결합 자체가 완성되지 않는 것이다.
민두영 교수는 “막단백질이 중간 단계를 통해 순차적으로 결합한다는 사실은 단백질 간 상호작용을 이해하는 데 큰 전환점”이라며 “유방암 치료제인 ‘퍼제타’에도 이 막단백질 결합 억제 원리가 적용되고 있는데, 결합의 숨겨진 단계를 밝혀내 선택적으로 차단하는 방식을 적용하면 보다 효과적인 신약 설계가 가능해질 것”이라고 말했다.
민 교수는 이어 “이번 연구에서 사용된 단분자 집게 분석법은 의약학적으로 중요한 막단백질 결합 과정을 정밀하게 규명하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.
연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 8월 9일 게재됐다. 이번 연구는 한국연구재단과 울산과학기술원(UNIST)의 지원을 받아 수행됐다.
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