UNIST 이창욱 교수팀, 세포 속 '지방질 터널' 구조 밝혀

소포체-미토콘드리아 막접촉점 단백질 복합체를 통한 물질 수송 모식도. 

세포 속에서 '인지질'이 다니는 새로운 경로가 확인됐다. 세포 소기관이 만나는 부분(막접촉점)에 만들어진 일종의 '지방질 터널'이다. 인지질 수송 문제로 생긴 질병 연구와 치료에 중요한 자료가 될 전망이다.

UNIST(총장 정무영) 생명과학부의 이창욱 교수팀은 인간을 비롯한 고등생물을 구성하는 진핵세포 내에서 소포체와 미토콘드리아 사이의 막접촉점에서 일어나는 인지질 수송 메커니즘을 세계 최초로 규명했다고 30일 밝혔다. 단백질 두 개가 결합하면서 만든 특별한 구조를 밝혀내고, 이 사이로 인지질이 쉽게 드나드는 원리를 설명한 것이다.

진핵세포는 미토콘드리아와 핵, 소포체, 리소좀 같은 소기관으로 구성된다. 이들 소기관은 소낭(vesicle)이라는 작은 주머니를 통해 물질을 주고받는데, 이 과정이 세포 생존에 반드시 필요하다. 그런데 최근 소낭 없이도 소기관 사이에서 직접 물질 교환이 일어난다는 사실이 밝혀지면서 관련 연구가 활발하다.

이창욱 교수팀은 소포체와 미토콘드리아 사이의 물질 교환에 주목했다. 두 기관은 소낭 없이 직접 물질을 주고받으며 인지질을 만들기 때문이다. 인지질은 생체막을 만드는 등 생명체의 생명활동에 필수적인 물질이다.

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Mmm1-Mdm12 단백질 복합체의 구조를 분석한 연구진 모습. 왼쪽부터 이창욱 교수, 정한빈 연구원, 박주미 연구원. [사진=유니스트 제공]

이 연구에 제1저자로 참여한 정한빈 UNIST 생명과학부 석·박사통합과정 연구원은 "소포체에서 합성된 '포스파티딜세린(PS)'은 미토콘드리아로 수송된 후 거기에 존재하는 효소에 의해 '포스파티딜에탄올아민(PE)'으로 합성되고, 이 물질이 다시 소포체로 옮겨져 '포스파티딜콜린(PC)'로 만들어진다"며 "이처럼 인지질 합성은 공간적으로 분리된 두 세포 소기관 사이에서 인지질을 이동시키는 게 중요하다"고 설명했다.

결국 미토콘드리아와 소포체에 각각 존재하는 효소를 이용해 인지질을 합성하려면 어떤 방식으로든 물질 교환이 이뤄져야 한다. 하지만 지금까지 두 기관 사이의 물질 수송이 어떻게 이뤄지는지는 제대로 밝혀지지 않았다.

연구진은 두 기관 사이를 직접 연결해 막접촉점을 이루는 단백질 복합체에서 해답을 찾았다. 소포체에 존재하는 Mmm1 단백질과 세포질에 존재하는 Mdm12 단백질이 복합체를 이루면서 두 기관을 연결하는 '지방질 터널' 구조를 찾아낸 것이다.

이창욱 교수는 "X-ray 구조법으로 Mmm1-Mdm12 단백질 복합체를 분석한 결과, 미토콘드리아와 소포체 사이에서 PS, PE, PC 같은 인지질이 수송되는 3차원 구조를 찾아냈다"며 "두 단백질이 결합해 만든 경로는 물을 싫어하는 성질인 소수성 환경을 이루며 인지질이 지나다니는 터널 역할을 한다"고 말했다.

분석결과를 실험으로 검증하는 작업도 거쳤다. Mmm1 단백질과 Mdm12 단백질의 상호작용을 억제하거나, 터널을 방해하는 돌연변이를 만들어 본 것이다. 그 결과 진핵세포에서 인지질이 결합되지 못했고, 인지질 수송도 급격히 저하됐다고 연구진은 설명했다.

이 교수는 "미토콘드리아와 소포체 사이에서 인지질이 수송되는 구조와 원리를 밝힌 이번 연구는 생명의 기원에 대한 이해를 돕는 귀한 자료가 될 것"이라며 "앞으로 세포 내 물질 이동 문제로 생기는 질병 치료에 새로운 이론적 단초를 제공할 것"이라고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구는 국제적인 학술지 미국과학학술원회보(PNAS) 10월 25일자에 게재됐다. 연구 지원은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 기초연구지원사업(개인연구, 집단연구)을 통해 이뤄졌다.