[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 서울대학교 의과학과 장성호 교수팀이 미국 예일대학교 연구팀과의 공동연구로 뇌 속 신경전달물질 주머니 간 응집원리를 규명했다고 13일 밝혔다.
세포내 구획화(compartmentalization)는 세포 내에 존재하는 여러 소기관 및 단백질들이 정해진 위치에서 특정 역할을 수행하는데 필수적이다.
얼마 전까지만 하더라도 이러한 세포 내 구획화는 물리적인 장벽인 막(membrane)에 의해서만 이루어지는 것으로 알려져 왔으나 최근 들어 액체-액체 상분리 현상(liquid-liquid phase separation)에 의해 세포내 단백질들이 특정한 막 구조 없이도 스스로 뭉쳐 기능을 수행할 수 있을 것이라는 증거들이 제시됐다.
한편 신경세포 내 시냅스 전말단에는 신경전달물질(Neurotransmitter)을 담고 있는 많은 수의 시냅스소낭(Synaptic vesicle)이 존재하고 있다.
이들 역시 특수한 물리적 장벽 없이 주변의 다른 세포내 소기관들과 섞이지 않고 스스로 뭉쳐있으며 액체와 같은 유동성을 지닌다는 것이 알려져 왔다.
하지만 어떠한 원리에 의해 이와 같은 현상이 일어나는지에 관해서는 알려진 사례가 거의 없었다.
연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 뇌 속 신경전달물질 주머니 간 응집원리를 규명했다.
연구과정을 보면 시냅스소낭들이 서로 단단히 뭉쳐있음에도 불구하고 유동적으로 움직일 수 있는 것을 토대로 고체상태가 아닌 액체-액체 상분리 현상(liquid-liquid phase separation)에 의한 응집현상일 것이라 가정하고 연구를 진행했다.
이 액체-액체 상분리 현상은 물과 기름을 섞을 경우 각자 액체로서의 유동성은 지니지만 그 둘은 섞이지 않고 각각 뭉쳐있는 현상을 말한다.
최근 이같은 상분리 현상이 살아있는 세포에서도 일어날 것이라는 여러 증거들이 제시되어 왔다.
이에 연구팀은 일련의 연구를 통해 시냅스소낭에 풍부하게 존재하는 두 단백질인 시냅토파이신(Synaptophysin)과 시냅신(Synapsin)간 상호작용이 시냅스소낭의 액체-액체 상분리 현상을 일으키는데 결정적인 역할을 하는 것을 확인했다.
이어 이러한 원리를 이용해 기존에 신경세포에서만 특이적으로 관찰되던 시냅스소낭 응집 구조를 비신경세포에서 그대로 모사할 수 있는 기술을 개발했다.
연구 관계자는 "시냅스소낭 간 자가 응집현상을 일으키는 두 가지 중요 단백질을 규명했다"며 "이 두 단백질을 활용한 비신경세포에서의 시냅스소낭 응집구조 재현 기술은 앞으로의 기초신경과학 연구와 관련 신경계 질환 연구에 많은 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 박사후국외연수사업의 지원으로 수행됐고 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 1월 11일 게재됐다.