KAIST, '헌팅틴 단백질' 숨은 역할 규명…"퇴행성 질환 연구에 기여"

헌팅틴 단백질(Huntingtin·이하 HTT)이 신경세포 성장과 뼈대(세포 골격) 유지에 중요한 역할을 한다는 새로운 연구 결과가 나왔다.

HTT는 '헌팅턴병'의 원인 단백질로 그간에는 주로 세포 내 소포 운반을 돕는 발판 역할로만 이해됐다. 하지만 최근 연구에선 HTT의 결손 또는 변이가 세포골격 단백질인 '세포골격 미세섬유(F-actin)'의 기능에 영향을 미친다는 사실이 보고됐다.

또 신경세포 축삭 말단의 성장 과정에서 HTT가 중요한 역할을 할 수 있다는 단서가 제시되기도 했다. 다만 HTT와 F-actin 사이의 직접적 상호작용과 구조적 기초는 명확하게 규명되지 않았다.

이와 달리 이번 연구에서는 HTT가 F-actin을 어떻게 조절하고 이러한 조절 기능이 신경세포 발달에 어떤 의미를 갖는지를 밝혀냈다.

헌틴턴병은 근육 조정 능력 상실, 인지 기능 저하, 정신적 문제 등을 동반하는 대표적인 신경계 퇴행성 질환(희귀 유전성 질환)으로 이번 연구 결과가 향후 알츠하이머병, 파킨슨병, 근육위축증 등 다른 퇴행성 질환 연구에 기여할 것이라는 기대가 나온다.

(왼쪽부터)생명과학과 송지준 교수, 김재성 박사과정, 김형주 박사. KAIST 제공

KAIST는 생명과학과 송지준 교수 연구팀이 오스트리아 과학기술원(ISTA), 프랑스 소르본느대·파리 뇌 연구원(Paris Brain Institute), 스위스 연방공대(EPFL) 등과 초저온 전자현미경(cryo-EM)과 세포생물학적 기법을 통해 HTT가 F-actin을 다발 형태로 배열하는 구조적 원리를 규명했다고 1일 밝혔다.

그간 HTT는 소포 운반, 미세소관 기반 수송에 관여하는 등 세포골격을 '쓰는' 역할에 한정된다고 알려졌다. 이와 달리 공동연구팀은 HTT가 세포골격 자체를 물리적으로 조직한다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 이번 연구는 그간 밝혀지지 않았던 HTT의 숨은 역할을 분자 수준에서 세계 최초로 증명한 것으로 평가된다.

공동연구팀은 HTT가 F-actin에 직접 결합하는 것에 더해 2개의 HTT가 짝을 이뤄 20㎚ 간격으로 다발 형태의 세포골격을 가지런히 묶어준다는 것을 확인했다.

헌팅틴 단백질의 세포골격 미세섬유 다발 형성 기작과 신경 세포 발달 영향 규명. KAIST 제공

이러한 과정으로 형성된 세포골격 다발은 신경세포 간 연결망 발달에 핵심적 역할을 한다. 실제 HTT가 결핍된 신경세포에서는 신경세포의 구조적 발달이 저해되는 현상이 관찰됐다.

김재성 박사과정생은 "이번 연구를 통해 그간 베일에 싸여 불치병으로만 여겨졌던 헌팅턴병 원인 단백질의 작용 기전을 이해하는 새로운 관점을 제시했다"고 말했다.

송 교수는 "이번 연구는 헌팅턴병 발병 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하는 것은 물론 세포골격 관련 질환을 연구하는 데도 적잖은 파급 효과를 가져올 것으로 기대한다"며 "세포 분열, 이동, 기계적 신호 전달 등 다양한 생명 현상에서 HTT의 역할을 새롭게 조명할 수 있는 길을 열었다"고 평가했다.

한편 이번 연구는 KAIST 김재성 박사과정생·김형주 박사(현 하버드대)와 파리 뇌 연구원 헤미 카펜티어(Remi Carpentier) 연구원, 마리아 크리스티나 가피치(Mariacristina Capizzi) 연구원 등이 제1 저자로 참여해 수행했다.

연구 성과는 최근 국제 학술지 '사이언스(Science)'의 자매지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'를 통해 출판됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr