고기능 생체소재 개발 가능한 비막성 미세소낭 구조체 형성 기작 규명

▲ 무정형단백질에 의해 스스로 형성되는 비막성 미세소낭 구조체 형성 메커니즘골형성단백질 bhBMP-2와 인공 무정형단백질 GG1234에 의한 비막성 미세소낭 구조체 형성은 다음 단계를 통해 진행된다. 1) bhBMP-2 없는 환경에서 GG1234의 단순 코아세르베이션에 의한 구형의 고점도 액적 형성 2) bhBMP-2 첨가에 따른 GG1234와의 복합 코아세르베이션에 의한 코아-쉘 구조를 갖는 미세소낭 형태로의 액적 재배열 3) 쉘 영역의 고체-액체 상전이를 통한 비막성 미세소낭 구조체 형성 (그림=충남대 최유성 교수)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 의료용으로 활용 가능한 비막성 미세소낭 구조체 제조 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 충남대학교 최유성 교수 연구팀(제1저자, 최현석 박사과정)이 황동수 교수(포항공과대학교) 연구팀 및 조엔-앰마 세아(J.-E. Shea) 교수(캘리포니아주립대학교 산타바바라) 연구팀과 공동으로 무정형단백질 GG1234를 활용해 비막성소기관의 대표적 형태 중 하나인 미세소낭 구조체를 제조, 이 구조체의 형성 기작을 상세히 규명했다고 밝혔다.

세포는 세포소기관 외에도 막이 없는 비막성소기관을 활용하여 물질의 수송, 생화학 반응, 전사와 번역의 조절, 스트레스 대응, 신호 전달 등 다양한 생명현상을 효율적으로 수행한다는 것이 밝혀지고 있지만, 관련 연구는 아직 초기 단계다. 최근 들어 무정형단백질이라 불리는 특정한 3차 구조를 갖지 않는 단백질이 비막성소기관을 형성하고 조절하는 데 중요하게 관여한다는 사실이 점차 드러나고 있으며, 이와 함께 무정형단백질을 활용한 생체소재 개발에 대한 관심도 높아지고 있다.

이에 연구팀은 타겟 단백질인 골형성단백질 bhBMP-2와 GG1234의 상호작용을 통해 비막성 미세소낭 구조체를 제조했으며, 그 형성 메커니즘을 다양한 실험과 동역학적 분자모델링 시뮬레이션을 바탕으로 상세히 규명하는 데 성공했다.

GG1234의 단순 코아세르베이션(coacervation)에 의해 구형의 액적이 형성되고 여기에 bhBMP-2가 추가하면, bhBMP-2가 내부로 침투하면서 액적 표면에서부터 GG1234/bhBMP-2 복합 코아세르베이션이 형성된다. 연구팀은 이 과정을 통해 액적의 형태가 코어-쉘 구조의 미세소낭 형태로 스스로 변화하고, 쉘 영역이 고체상으로 상전이되면서 비막성 미세소낭 구조체가 만들어진다는 것을 확인했다.

▲ 교신저자 충남대 최유성 교수(왼쪽) 제1저자 충남대 최현석 박사과정 (사진=한국연구재단)

최유성 교수는 "이번 연구성과는 무정형단백질을 기반으로 비막성소기관이 어떻게 형성되고 조절되는지에 대한 과학적인 단서와 직관을 제공하고 있다"며, "향후 비막성 미세소낭 구조체 형성을 통한 고기능 생체소재의 개발이 기대된다"고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원 사업으로 수행된 이번 연구성과는 화학/소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 12월 8일 게재되었다.

※ 논문정보
- 논문명 : Spontaneous Transition of Spherical Coacervate to Vesicle-Like Compartment
- 저널명 : Advanced Science
- 키워드 : coacervation(코아세르베이션), intrinsically disordered protein (무정형단백질), membrane-less biomolecular compartments (비막성 생체분자 구조체), vesicle-like structure (미네소낭 구조)
- DOI : 10.1002/advs.202305978
- 저자 : 최유성 교수(교신저자/충남대학교), 최현석 박사과정(제1저자/충남대학교), 홍유리 박사(제2저자/포항공과대학교), 사히드 나자피(Saeed Najafi) 박사(제3저자/캘리포니아주립대학교 산타바바라), 김선영 석사(제4저자/충남대학교), 조엔-앰마 세아(Joan-Emma Shea)교수(공동교신저자/캘리포니아주립대학교 산타바바라), 황동수 교수(공동교신저자/포항공과대학교)