국내 연구진이 생체막 단백질인 시냅토태그민1(Synaptotagmin1)이 신경세포 통신을 능동적으로 제어한다는 사실을 세계 최초로 규명해 암과 당뇨, 비만 등 질병에 대한 신약 개발에 한발짝 다가갔다.

한국과학기술원(KAIST) 물리학과 윤태영 교수팀은 시냅토태그민1이 신경세포 통신의 강약을 자유자재로 제어하는 스위치 역할을 한다는 새로운 사실을 밝혀냈다고 7일 밝혔다.   
  
시냅토태그민1은 신경전달물질 분출을 조절하는 양대 핵심 단백질로서 지금까지 학계는 단순히 칼슘 이온이 유입되면 시냅토태크민1이 신경전달물질을 분출하는 것으로 추정해왔지만 명확히 그 기능을 밝혀내지 못했다. 

연구팀은 신경세포 내에 적정농도(10μmol/L, 1리터당 10마이크로 몰)의 칼슘 이온이 유입되면 시냅토태그민1은 신경전달물질을 빠르게 분출하지만, 적정농도 이상의 칼슘이 유입되면 오히려 그 기능이 감소된다는 사실을 최초로 확인했다.

이것은 시냅토태그민1이 신경세포에서 나오는 칼슘 농도에 따라 다양하게 반응한다는 사실을 의미하는 것으로 시냅토태그민1이 신경세포 통신의 강약을 자유자재로 제어할 수 있다는 사실을 새롭게 규명한 것이다.

이번 연구는 지난 10년간 학계의 풀리지 않은 수수께끼인 시냅토태그민1의 기능에 대한 명쾌한 해답을 제시했다.

또한 낮은 농도의 칼슘에서 시냅토태그민1이 가장 활발히 활동한다는 사실을 최초로 발견, 기존 연구가 밝히지 못한 시냅토태그민1의 기능을 정확히 설명했다.

특히 연구팀은 시냅토태그민1을 생체막으로부터 분리하면 제어 스위치 기능이 상실된다는 사실도 확인해 시냅토태그민1의 생체막 부착 여부가 그 기능에 핵심인 것을 밝혀냈다.

또한 윤 교수팀은 차세대 신약개발의 주요 타깃인 생체막 단백질의 기능을 분자수준에서 관찰할 수 있는 신기술을 개발하는데 성공하였다.

생체막 단백질은 물질 수송 등 세포내 필수적인 역할을 하는데 암과 당뇨, 비만 등 각종 질병과 밀접하게 관련되어 있어, 차세대 신약개발 표적 단백질의 최대 70%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 ‘단소포체 형광 기법(single-vesicle fluorescence detection)’을 개발하는데 성공해 생체막 단백질의 기능을 단분자 혹은 수개 분자 수준에서 관찰할 수 있는 세계 최고 수준의 기술을 보유하게 됐다.

윤태영 교수는 “이번 연구결과로 지난 10년간 학계가 밝혀내지 못한 시냅토태그민1의 기능을 명쾌히 밝혀내고 복잡한 생체막 단백질의 기능을 분자수준에서 관찰할 수 있는 신기술을 개발했다"며 "특히 생체막 단백질을 활용해 암과 당뇨, 비만 등 현대인의 질병에 대한 신약을 개발할 수 있는 가능성을 열었다“고 연구 의의를 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학저널인 ‘사이언스’ 誌 7일자에 게재됐다.

/ 김현수 기자

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