김진우 KAIST 교수팀이 제시한 호메오 단백질의 세포간 이동 모델. 친수성인 호메오 단백질은 소수성을 띠는 아미노산 잔기를 이용해 소수성인 세포막을 뚫고 세포 밖으로 나간다. 이후 다른 세포로 다가가 표면에 나 있는 프로테오글리칸 사슬과 결합해 그 세포 안으로 들어간다. 세포 내에서 호메오 단백질은 유전자와 단백질 발현 등의 과정을 조절해 세포의 발달과 유지에 관여한다. 한국연구재단 제공
국내 연구팀이 발달과정 중인 세포 사이에서 정보가 전달되는 원리를 밝혔다. 단백질이 세포 사이를 넘나들며 정보를 전달하는 과정이 밝혀져, 파킨슨병이나 녹내장 등 질병을 치료하는 단백질 치료제 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST)은 김진우 생명과학과 교수와 이은정 연구원팀이 DNA 정보를 읽어 RNA로 옮기는 과정(전사)에 관여하는 단백질인 호메오 단백질이 세포 사이에 이동을 하며, 이 과정에서 세포와 세포 사이에서 정보가 전달될 수 있음을 규명했다고 17일 밝혔다. 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 '셀 리포트' 16일자에 발표됐다.
호메오 단백질은 DNA에 붙어 전사를 일으키는 한편, 세포가 어떤 신체 부위로 발달할지 운명을 결정하는 역할을 한다. 그래서 모든 세포가 동일한 DNA를 갖고 있더라도 부위에 따라 뇌세포와 심장세포, 피부세포 등 각기 다른 모습과 기능으로 분화한다.
세포 내에 존재하는 호메오 단백질은 물과 잘 결합하는 친수성이다. 이 때문에 기존에는 물과 잘 결합하지 않는 소수성을 띤 세포막을 통과하지 못한다고 여겨져 왔고, 세포 사이에 정보가 전달되는 데 호메오 단백질이 관여할 수 없다는 생각이 30년 동안 정설로 인정돼 왔다.
연구팀은 기존 학설과 달리 호메오 단백질이 대부분 세포막 밖으로 나갈 수 있다는 사실을 실험으로 밝혔다. 먼저 세포 배양액을 분석한 결과 호메오 단백질이 검출됐다. 인체의 호메오 단백질 160여 개를 분석한 결과 95%가 세포 밖으로 분비돼 주변 세포로 이동했다. 호메오 단백질이 소수성인 세포막을 뚫고 나가고 들어오는 과정도 밝혔다. 나갈 때는 소수성을 띠는 아미노산 잔기를 이용했고, 세포 밖으로 나간 호메오 단백질이 다시 세포 안으로 들어갈 때에는 세포 표면에 나 있는 프로테오글리칸 사슬과 결합해 세포 안으로 들어갔다.
김진우 교수는 "30년간 정설을 뒤엎고 호메오 단백질이 세포와 세포 사이를 수월하게 이동한다는 사실을 처음으로 알아냈다"며 "호메오 단백질이 생체 내에서 어떤 기능을 하는지 추가 연구를 통해 파킨슨병이나 녹내장 등에 대한 단백질 치료제를 개발할 예정"이라고 밝혔다.
30년간 학설을 뒤엎고 호메오 단백질이 세포간 이동할 수 있음을 입증한 김진우 KAIST 교수(왼쪽)와 이은정 박사후연구원(오른쪽).한국연구재단 제공
