질병의 근본 원인을 밝히는 새로운 세포물리학 연구

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-06
미국 연구진은 알츠하이머병과 기타 질환의 근본 원인을 밝힐 수 있는 새로운 세포 생물학(cell biology) 연구를 발표했다. 1980년대에, Leonard Rome 교수와 그의 연구진은 자연적으로 발생하는 나노입자인 볼트(vault)를 발견함으로써 세포 생물학에서 새로운 돌파구를 마련했다. 볼트는 나노미터 크기를 가지고, 대부분 단백질로 구성되고 체내의 모든 세포 속에 수천 개 존재한다. 지난 수십 년 동안에, Rome의 연구팀은 단백질을 사용해서 볼트를 형성하는 방법을 발견하는데 매진했다. 자연적으로 발생하는 볼트는 다른 원소들을 포함하지만, Rome의 연구팀은 빈 것을 만들었는데, 이것은 볼트 속에 약물 분자를 삽입할 수 있다. 그 후에 이것은 혈청과 혼합되어서 환자 속에 주입되었고, 약물을 방출해야 하는 특정 세포로 이동되었다. 따라서 볼트는 상용화되는 매우 정밀한 약물 전달 시스템으로 개발되고 있다. 그러나 Rome의 연구팀이 확인할 수 없는 한 가지 문제는 천연 볼트가 세포 속에서 자연적으로 형성될 수 있는 방법이다. 현재, 캘리포니아 대학의 로스앤젤레스 캠퍼스(University of California, Los Angeles)의 캘리포니아 나노시스템 연구소(California NanoSystems Institute)의 연구진은 이런 신비를 해결한 것처럼 보인다. 저널 ACS Nano에 온라인으로 게재된 연구에서, 이번 연구팀은 폴리리포좀이 단백질과 서로 연결하고 생성하기 위해서 3차원 프린터처럼 작동한다는 것을 제안했다. 폴리리포좀은 유전 정보를 읽고 세포 속에 단백질을 형성하고 볼트 속에 그들을 정확하게 형성할 수 있는 작은 분자 기계이다. “이 아이디어는 추가적인 연구와 확인이 필요하지만, 이것은 매우 이상적인 모델이고, 우리는 볼트가 어떻게 형성되는지를 확실하게 설명할 수 있다”고 Rome가 말했다. 모델이 정확하다면, 이것은 세포 생물학 분야에서 새로운 것을 밝혀내는 역할을 할 것이다. 즉, 이런 폴리리보좀은 50년 전부터 알려졌지만, 지금까지 기능은 알려지지 않았다. 폴리리보좀은 볼트와 같은 거대 분자 복합체와 다양한 단백질로 만들어진 세포 속의 다른 구조들이 조립되어 있었다. 폴리리보좀의 이런 기능은 단백질 응집의 새로운 이해를 제공할 수 있다고 이번 연구진은 말했다. 이것은 알츠하이머, 파킨슨 병, 루게릭 병(Lou Gehrig)과 같은 질병에서 발생하는 변형된 단백질의 응집이다. “만약 단백질을 제대로 만들지 않으면, 이런 기형들은 폴리리보좀에 의한 거대 분자 조립을 변형시킬 수 있다”고 Mrazer가 말했다. “당신이 이런 거대분자 복합체의 형성을 유도할 수 있는 장치를 이해할 수 있다면, 당신은 이런 장치가 잘못 작동되고 있는 곳을 확인할 수 있을 것이다. 나노기술을 조사함으로써, 우리는 더 넓은 영향을 미칠 수 있는 기본적인 세포 생물학에 대한 잘 알려지지 않는 것을 밝혀낼 수 있을 것”이라고 Mrazer가 덧붙였다.  이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Polyribosomes Are Molecular 3D Nanoprinters That Orchestrate the Assembly of Vault Particles” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/nn504778h). 그림. 폴리리보좀 위에 볼트 입자의 조립. 최초의 이미지는 프로세스의 시작은 보여준다. 4개의 단백질 이량체가 폴리리보좀 위에 서로 모여 있다. 중심에, 볼트의 절반이 형성되고 오른쪽에 완성된 볼트가 폴리리보좀을 집어낸다. id37936_l.jpg http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=37936.php