미토콘드리아 칼슘 유입 조절 과정 밝혀졌다

국내 연구팀 단백질 조절 과정 규명, 심혈관·신경계 질환 치료 새로운 실마리 제공

▲미토콘드리아 칼슘 유입 단백질 과정이 밝혀져 관심을 모으고 있다.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 세포내 호흡과 에너지 합성 등에 관여하는 미토콘드리아의 칼슘 유입 조절 과정을 밝혀내 관심을 모으고 있다. 심혈관·신경계 질환 치료에 새로운 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

국내 연구팀이 인간 미토콘드리아에서 칼슘을 유입시키는 통로 역할을 하는 막단백질인 '미토콘드리아 칼슘 유니포터'의 고해상도 3차원 구조와 기능을 규명했다. 막단백질은 세포나 세포소기관의 막에 결합된 단백질을 말한다.

미토콘드리아는 세포 내 칼슘 농도를 조절함으로써 에너지 합성과 신호 전달 등 생존에 필수적인 다양한 기능을 수행하는 세포소기관이다. 칼슘 유입에 대한 자세한 과정은 최근까지 밝혀지지 않았다. 2011년 미토콘드리아 내막에 있는 막단백질인 미토콘드리아 칼슘 유니포터(mitochondrial calcium uniporter)가 칼슘 유입의 통로 역할을 한다는 사실이 학계에 처음으로 보고됐다. 이 부분이 제 기능을 하지 못하면 각종 질환을 유발하는 세포가 증식하거나 정상 세포가 사멸하는 것으로 알려졌다. 의약품 개발 분야에서 표적 단백질로 크게 주목받았다.

인간 미토콘드리아 칼슘 유니포터 N-말단부위의 단백질 결정을 얻은 후 X-선 빔을 투과시켜 얻어진 데이터을 분석하고 컴퓨터 계산을 이용해 고해상도 3차원 구조를 밝혔다. 단백질은 N-말단으로부터 시작하해 C-말단으로 끝나는 폴리펩타이드 사슬로 이뤄져 있다.

N-말단 부위를 삭제하거나 N-말단 부위에서 칼슘 유입에 영향을 줄 것으로 예상되는 아미노산(세린92)의 돌연변이를 만들고 미토콘드리아 내로 들어오는 칼슘의 순간적 변화를 검출하는 형광물질을 이용해 돌연변이 단백질들이 칼슘유입을 방해한다는 것을 확인했다.

이를 통해 국내 연구팀은 인간 미토콘드리아 칼슘 유니포터 N-말단부위의 고해상도 3차원 구조를 세계 최초로 밝히고 이 구조가 현재까지 보고되지 않은 새로운 유형의 '단백질접힘'이라는 것을 추가로 확인했다. 단백질접힘이란 단백질 분자의 펩티드 사슬이 고유한 모양으로 접히면서 안정한 상태의 소단위 구조를 형성하는 것을 말한다.

광주과학기술원 엄수현 교수, 김도한 교수 연구팀이 이번 연구를 수행했다. 연구결과는 분자생물학 학술지인 엠보리포트(EMBO Reports) 최신호 표지논문에 선정돼 10월1일자(논문명: Structure and function of the N-terminal domain of the human mitochondrial calcium uniporter)에 실렸다.

엄수현·김도한 교수는 "미토콘드리아의 과다한 칼슘 유입으로 인한 세포 사멸은 심근경색·뇌전증 등의 심혈관·신경계 질환을 유발한다"며 "이번 연구결과가 미토콘드리아 칼슘 유니포터를 표적으로 하는 질병치료법 개발에 중요한 실마리를 제공할 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr