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연 구 결 과  개 요

 o 생명의 기원 및 생성원리를 이해하는 것은 인류의 오랜 숙원이었으나, 최근의 눈부신 생명과학의 발전은 이러한 숙원을 해결할 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 세포는 생명체의 기본단위로서 세포의 생성원리를 이해하는 것이야말로 생명의 기원을 이해하기 위한 첫걸음이라 할 수 있다. 

 o 인간과 같은 고등생명체를 구성하는 진핵세포는 세균과 같은 원핵세포로부터 진화되었다고 믿어지고 있으며, 진핵세포로의 진화과정에서 가장 중요한 과정 중의 하나가 바로 내막계의 형성이라고 할 수 있다. 즉, 세포막이 세포내부로 함입되면서 세포소기관이라는 다양한 막구조체를 형성하였고, 이러한 세포소기관의 존재가 진핵세포가 원핵세포와 차별화되는데 크게 기여하였다고 할 수 있다. 따라서 세포소기관의 생성원리를 이해하는 것은 진핵세포의 기원 및 진화과정을 이해하는데 필수불가결한 것이다. 

 o 진핵세포의 세포소기관 중에서 소포체는 다른 세포소기관들의 생성에 관여하고 필요한 물질을 제공하기 때문에 소포체의 생성원리의 이해가 무엇보다도 선행되어야 한다. 또한 소포체는 세포 전체에 골고루 퍼져 있으면서 다른 세포소기관들과 물리적으로 접촉하면서 세포소기관 간의 상호작용을 매개하고, 단백질 및 지질 합성, 단백질 품질관리, 칼슘의 저장 및 신호전달 조절 등 다양한 세포내 기능을 수행하고 있다. 소포체는 단일 세포소기관이면서도 부위별로 다양한 형태를 띠고 있는데, 핵 주변에는 평평한 자루 형태의 ‘시스터나’로 존재하고 이를 중심으로 그물망 형태의 소포체 튜불이 세포질 전체에 골고루 퍼져있는 구조를 취하고 있다. 

 o 또한 이러한 독특한 형태의 소포체 구조는 소포체의 다양한 기능과 밀접하게 연관되어 있을 것으로 사료되고 있다. 어떻게 소포체가 이러한 독특한 구조를 형성할 수 있는지에 대한 소포체 생성원리는 여전히 잘 밝혀져 있지 않지만, 소포체 구조 형성에 대한 기존 가설은 주로 아틀라스틴(atlastin)이라는 단백질이 소포체 튜불 간 막융합을 매개하여 소포체의 그물망 구조를 형성한다고 제안하고 있다. 

2. 연구내용

 o 본 연구에서는 단일 진핵세포 생명체인 효모와 이로부터 분리한 효모 소포체를 이용하여 소포체 막융합 과정을 시험관에서 재현할 수 있는 시스템을 확립하였고, 이를 이용하여 소포체 막융합 과정의 분자기전을 분석하였다. 기존의 가설과 마찬가지로 소포체 막융합은 아틀라스틴 단백질을 필요로 하는 과정이었으나, 놀랍게도 또 다른 막융합 매개 단백질인 스네어 단백질 역시 필요로 하는 과정임을 확인하였다. 

 o 단일 막융합 과정에 두 개의 서로 다른 막융합 매개 단백질이 필요하다는 것이 설득력이 부족하였으므로, 소포체 막융합과정에서의 아틀라스틴과 스네어 단백질의 역할에 대한 후속연구를 수행하였고, 그 결과 소포체 막융합은 주로 스네어 단백질에 의해 일어나며, 반면 아틀라스틴 단백질은 소포체 막융합이 일어나기 전에 소포체 튜불 간 물리적 접촉이 일어날 때 작용할 가능성이 높다는 것을 입증하였다. 

 o 이는 소포체 구조형성 연구 분야에서는 스네어 단백질이 주도적으로 소포체 막융합을 매개하는 인자임을 최초로 규명한 것으로 순수 국내연구진만의 연구결과로 기존의 가설을 반박하고 새로운 가설을 제안한 것에 큰 의의가 있으며, 본 연구를 통해 확립한 소포체 막융합 분석시스템은 형질전환 효모균주로부터 매번 동일한 소포체를 분리·정제할 수 있기 때문에, 합성리포좀을 이용한 기존의 소포체 막융합 연구의 재현성 관련 문제를 극복할 수 있으며, 대량 배양이 가능한 효모의 특성상 저비용·대용량으로 소포체 막융합을 분석할 수 있게 되었다는 점에서 큰 의미가 있다 할 것이다. 

3. 기대효과

 o 본 연구에서는 진핵세포의 생성원리를 이해하는 데 필수적인 소포체의 구조형성의 분자기전을 분석할 수 있는 시스템을 확립하고, 이를 이용하여 소포체 막융합의 분자기전을 규명하였다. 소포체 막융합 분석시스템은 향후 소포체 및 세포소기관 생성원리 규명을 위한 다양한 연구에 유용하게 널리 활용될 수 있으리라 사료되며, 이를 통해 획득할 소포체 및 세포소기관의 생성원리에 대한 지식은 인류의 오랜 숙원인 생명의 기원에 대한 신비를 해결하는데 일조할 것이다. 또한 소포체 및 세포소기관의 구조 결함에 의해 야기되는 질병의 치료법 개발에 이론적 단초를 제공할 수 있으리라 사료된다. 

연 구 결 과 문 답

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