생체막 단백질 연구로 신경세포 통신 비밀 풀다
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생체막 단백질 연구로 신경세포 통신 비밀 풀다
  • 배수정 기자
  • 승인 2010.10.07 00:00
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시냅토태그민1이 신경 통신의 강약 제어해

물리학과 윤태영 교수팀이 생체막 단백질인 ‘시냅토태그민1’이 신경세포 통신을 능동적으로 제어한다는 사실을 세계 최초로 밝혔다. 이 연구 결과는 지난 5월 미국의 과학 전문 저널인 ‘사이언스(Scie-nce)’에 게재되었다.
 

생체막 단백질은 신경 정보를 전달하는 수문장

신경세포의 안쪽은 바깥쪽보다 상대적으로 음전하를 띤다. 그러나 전기 신호의 형태로 된 자극을 받으면 세포막에 있는 통로가 열리고 이온이 이동한다. 이러한 변화는 다음 신경세포로 전달되고, 이 전달이 반복되어 신경 통신이 이루어진다. 이 과정에서 신경 통신이 전달되는 통로가 바로 생체막 단백질이다.

생체막은 세포나 세포 소기관을 둘러싸는 막인데, 신경 정보가 오가는 통로가 되기도 한다. 자극이 전해지면 칼슘 이온이 신경세포 안으로 들어오는데, 생체막 단백질은 이 변화를 감지하고 신호를 전달하는 수문장 역할을 한다. 윤 교수팀은 그림1과 같이 신경전달물질이 들어 있는 50nm 크기의 소포(ves-icle)를 만들어 신경 통신 과정을 재현했다. 생체막 단백질과 소포가 합쳐지면 소포 안에 들어 있던 신경전달물질이 분출되어 자극이 전달된다. 이 과정을 관측하기 위해 단분자 프렛 기법(single vesicle FRET)을 이용한다.


두 개의 염료로 분자의 상호작용 측정해

단분자 프렛 기법이란 생체막 단백질 분자에 두 개의 형광 염료를 붙이고 반응을 일으키면, 분자의 활성에 따라 염료가 내는 빛이 달라지는 것을 관측해 분자의 움직임을 실시간으로 추적하는 것이다.

분자에 적색 빛을 내는 염료와 녹색 빛을 내는 염료를 붙인다고 하자. 두 염료 간의 거리가 멀 때는 각각이 제 색을 낸다. 그러나 녹색 염료와 적색 염료 사이의 거리가 5nm 이하로 가까워지면 녹색 염료에서 적색 빛이 나오게 된다. 이를 관측해 생체막이 융합될 때 분자가 어떠한 움직임을 보이는지를 알아낼 수 있다.


시냅토태그민1이 신경세포 간의 통신강약을 제어

지금까지의 연구에서는 생체막 융합이 일어나는 과정까지만 관찰할 수 있었다. 칼슘 이온이 유입되면 단백질이 신경 전달 물질을 분출할 것이라는 가정은 있었으나, 이를 완벽히 규명하지는 못했다. 윤 교수는 단분자 프렛 기법으로 칼슘 이온을 넣어주었을 때 시냅토태그민1의 움직임을 측정했다. 그 결과 시냅토태그민1이 생체막 융합에 관여한다는 것을 실험적으로 밝혀냈다. 또한, 칼슘 농도가 높을수록 활성이 높다는 기존의 패러다임에서 벗어나, 특정 농도에서 가장 활성이 높고 이보다 농도가 높으면 활성이 떨어진다는 특성을 규명했다. 시냅토태그민1이 신경세포 간의 통신 강약을 제어한다는 것을 세계 최초로 밝혀낸 것이다. 


생체막 단백질 연구로 신경 통신 장애 관련 질병 치료 가능해

생체막 단백질은 신경 전달에 필수적이다. 우리 몸에 생기는 이상 중 상당수가 생체막의 통신 장애로 인해 발생하므로 지금까지 개발된 약물의 50% 이상이 생체막 단백질을 표적으로 한다. 따라서 생체막 단백질을 연구해 신경 통신을 원활하게 하면 여러가지 질병을 치료할 수 있다. 윤 교수는 “이번 연구를 통해 암, 당뇨, 비만 등에 대한 신약 개발에 이바지할 것으로 보인다”라고 설명했다.

지난 5월 이후 윤 교수팀은 생명과학과 허원도 교수팀과 함께 실제 세포에서 얻은 단백질을 이용해 연구의 적용 범위를 넓히고 있다. 윤 교수는 “이번 연구를 통해 신경 세포 통신 분야에서 주도권을 잡았다고 본다. 연구를 계속 진행해 아직 명확히 밝혀지지 않은 부분도 규명하고 싶다”라고 덧붙였다.


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