DGIST는 G단백질 연결 수용체(G protein-coupled receptor, 이하 GPCR)가 냄새, 빛, 온도, 신경전달물질, 호르몬 등의 세포 외부 신호를 받아들여 활성화되며, 알려진 약품들의 절반 정도가 GPCR을 타겟팅한다고 알려질 정도로 수많은 생체활동에 사용되는 수용체다.
 
GPCR은 G 단백질을 활용해 다양한 세포 내 신호전달 경로를 조절한다. 그러나 아직 G 단백질의 가역적 활성화-비활성화 주기가 GPCR의 구조적 변화에 미치는 영향은 밝혀지지 않았다.
 
DGIST는 뇌과학과 서병창 교수 연구팀이 우리 몸속 스위치 역할을 하는 G단백질의 주기가 GPCR의 구조변화에 실시간으로 미치는 영향을 처음 규명했다고 16일 밝혔다.
 
이번 연구는 DGIST 뇌과학과 김용석 석·박사통합과정생이 제1 저자로 참여하였으며, 세계적 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF: 17.694)’에 3월 8일 자로 게재됐다. 또한 이번 연구는 한국연구재단의 ‘중견연구자 지원사업’과 ‘기초연구실 지원사업’의 지원을 통해 수행됐다.
 
이에 서병창 교수 연구팀은 GPCR의 일종인 ‘인간 M3 무스카린성 아세틸콜린 수용체(이하 hM3R 수용체)’를 활용해 형광 단백질 기반의 새로운 바이오 센서를 개발했다. 이를 통해 GPCR 기반의 단일 수용체 센서가 G단백질 주기에 의한 수용체의 연속적인 구조적 전환을 표시할 수 있음을 발견했다.
 
또한, 연구팀은 G단백질 활성화가 Gq 단백질 결합으로 인한 빠른 단계와 Gαq 및 Gβγ 소단위의 물리적 분리에 의한 후속 느린 단계를 포함하여 hM3R 수용체 구조의 2단계 변화를 유발한다는 것을 보여주었다. 분리된 활성화 상태의 Gαq가 수용체와 같은 큰 분자에 특이적으로 결합하는 물질인 리간드로 활성화된 hM3R 수용체 및 Gαq의 하위신호전달경로인 PLCβ와 안정적으로 복합체를 형성한다는 것을 발견하였다.
 
서병창 교수 연구팀은 그 밖에도 포도막 흑색종 등의 원인이 되는 G단백질 연관 유전자 돌연변이의 병리 및 유관 후보치료약물의 약리에의 응용연구를 통해 Gβγ 소단위가 Gαq와 분리된 형태로 단독적으로 hM3R 수용체와 결합을 이룰 수 있다는 것을 발견해 관련 질병의 치료가 가능한 단서를 제시했다.
 
교신저자인 서병창 교수는 “그동안 별개로 여겨졌던 활성 GPCR과 활성 G단백질 간의 실시간 소통 관계를 이번 연구를 통하여 새롭게 확인하였다”라고 밝혔으며, “이번 연구가 향후 GPCR과 G단백질과 연관된 질환 및 치료법의 분자·개체수준 연구에도 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.