KBSI, 인슐린 생성 책임지는 새 '세포 내 소기관' 확인

국제 공동연구로 PDIA6 단백질의 칼슘 의존적 액액상분리 발견

당뇨병·치매 등 단백질 응집 질환 치료에 새로운 패러다임 제시

[대전=뉴시스] KBSI가 국제 공동연구를 통해 인슐린이 제대로 만들어지도록 돕는 새로운 세포 내 단백질 관리 원리를  밝혀냈다. 해당 연구결과가 실린 'Nature Cell Biology'지.(사진=KBSI 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 인슐린이 제대로 만들어지도록 돕는 새로운 세포 내 단백질 관리 원리를  밝혀냈다.
 
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 첨단바이오의약연구부 이영호 박사팀이 일본 도호쿠대학교, 도쿠시마대학교, 영국 캠브리지대학교 등과 함께 단백질 이황화결합(disulfide bond) 형성을 돕는 단백질 PDIA6가 칼슘(Ca2⁺) 농도 변화에 따라 액액상분리(LLPS)를 일으킨다는 사실을 세계 최초로 규명했다고 9일 밝혔다.

이황화결합은 단백질 내 또는 단백질 사이에 형성되는 공유 결합으로, 단백질의 구조 안정성과 올바른 접힘에 중요한 역할을 한다.

액액상분리는 단백질이나 RNA를 포함한 생체분자 또는 물질이 액체에 녹아 있을 때 농도가 높은 부분(단백질이 많이 모여있는 부분)과 낮은 부분(단백질이 적게 모여있는 부분)으로 상 분리되는 현상으로, 이 현상의 결과로 생물학적 기능을 나타내거나 질환을 억제하는 응축체가 만들어진다.

연구진은 PDIA6가 상분리를 통해 응축체(condensate)를 형성하면 상분리된 자가집합체가 프로인슐린(췌장의 베타세포에서 생성되는 인슐린의 전구체)이 응집되지 않고 올바른 3차원 구조로 접히도록 하는 '품질관리 과립(quality control granules)'으로 작동한다는 점을 밝혀냈다.

그동안 PDIA6는 단독으로 샤페론(chaperone)처럼 단백질 접힘을 보조한다고 알려져 있었으나 이번 연구서는 이런 개념을 넘어 PDIA6가 칼슘 이온과 정전기적 상호작용을 통해 구획화된 응축체 또는 자가조립체로 존재하며 기능한다는 사실을 규명했다.

샤페론은 다른 단백질이 올바르게 접히도록 돕고 잘못 접힘이나 응집을 방지하며 세포 내 단백질 품질을 유지하는 역할을 하는 단백질이다.

이를 통해 PDIA6 집합체 내부에서는 프로인슐린의 응집이 저해되고 이황화결합 형성과 산화적 접힘(oxidative folding)이 촉진된다는 사실이 확인됐다.
 
이는 인슐린의 단백질 항상성 유지와 품질관리 기전에 더불어 PDIA6의 액액상분리 현상은 생체 내 인슐린 분비에 필수적인 과정임을 의미한다.

이번 연구에서 밝혀진 PDIA6의 액액상분리 현상은 소포체가 균질한 단일 공간이라는 기존 상식을 뒤엎고 단백질 생산을 위한 품질관리 기능이 실제로는 특정 미세 구역들로 구획화돼 작동한다는 새로운 개념을 제시한 성과다. 이를 연구팀은 '단백질 품질관리 과립(quality control granules)'으로 명명했다.

연구팀은 PDIA6 상분리 조절 메커니즘에 대한 새로운 접근으로 단백질 응집에 의해 발생하는 여러 가지 질환의 새로운 치료 전략 개발로 이어질 것으로 기대하고 있다.

연구 결과는 지난 11일 국제 최상위 학술지 '네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology)' 표지에 실렸다.

이영호 박사는 "이번 연구는 소포체 단백질 품질관리에서 칼슘 이온에 의해 유도되는 PDIA6 상분리가 수행하는 핵심적인 역할을 명확히 보여줬다"며 "국제협력과 융합연구의 중요성이 증명된 좋은 사례"라고 말했다.


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