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출처 :  한국분자 · 세포생물학회

미토콘드리아 내막 및 외막의 구조 역동성 연구 동향

선 웅 / 고려대학교 의과대학 해부학교실

머리말

미토콘드리아는 세포내 에너지 생산, 칼슘 등 이온농도 조절, 특수한 지질 생산 등의 다양한 기능을 담당하고 있는 중요한 세포소기관이다. 특히 미토콘드리아는 진화적으로 세포내공생 관계에 있던 고세균에서 유래한 것으로 생각되고 있다. 따라서 미토콘드리아는 외막과 내막, 두개의 서로 진화적으로나 생화학적, 그리고 기능적으로 매우 상이한 두개의 막을 가지고 있는 소기관이다. 오랜 진화과정 끝에 내막과 외막 모두 많은 변화를 겪었을 테지만, 아직도 남아있는 많은 흔적들은 내막과 외막의 특성에 잘 반영되어 있다. 특히 미토콘드리아는 생물학적으로 매우 근원적인 역할을 담당하고 있으므로, 미토콘드리아의 장애는 다양한 질병과 연관되어 있다. 따라서 미토콘드리아에 대한 기초연구는 질병의 이해와 치료를 위한 측면에서도 주목받고 있다.

미토콘드리아의 구조 역동성

미토콘드리아는 그 형태가 고정적이지 않고, 잘라지고 서로 이어지기를 반복하면서, 매우 역동적으로 변화하는 것이 중요한 특징이다. 특히 대사 요구량이 늘어나면 미토콘드리아가 길어지고, 미토콘드리아에 손상이 생기면 단편화되는 등, 세포 또는 미토콘드리아의 상태에 따라 긴밀하게 그 모양이 바뀌는 것이 잘 알려져있다. 미토콘드리아의 단편화와 접합은 Large GTPase 단백질인 Dynamin-related protein(Drp) 들에 의해서 조절된다. 미토콘드리아의 외막은 진화적으로 볼 때 세포내 분비 소낭에서 유래한 것으로 생각된다. 따라서 미토콘드리아 외막의 단편화와 접합은 소낭이 만들어지고, 다른 세포내 막구조들과 접합하는 데 이용된느 Dynamin과 이 단백질의 활성을 조절하는 핵심기전들과 매우 유사한 단백질과 경로를 이용하여 진행된다. 한편, 미토콘드리아 내막은 진화적으로 고세균에서 유래한 것으로 생각된다. 세균의 접합은 특별한 경우 유전자 도입 등을 위하여 진행되는 경우가 있으냐, 정확하게 어떤 경로를 통하여 세균간의 접합이 일어나는지는 아직 명확하지 않다. 그러나 Dynamin과 구조적으로 유사한 단백질이 일부 세균에도 존재하고, 이들은 적어도 in vitro에서 막 접합 과정에 관여하는 것으로 보아, 진핵세포에서 Opa1이라는 Drp 단백질이 미토콘드리아 내막의 접합에 관여하는 것과 유사하다고 생각할 수 있다. 그러나 고세균의 분열(즉 단편화)는 Ftz라는 튜불린 유사 단백질의 중합에 의해 일어나는 과정으로, Dynamin과는 전혀 관련이 없다. 일부 하등 진핵생물에서는 Ftz 유사체가 관찰되지만 포유류를 포함하는 대부분의 진핵세포에서는 관찰되지 않는다. 따라서 진핵세포의 미토콘드리아 내막의 독립적인 단편화 기전은 존재하지 않는 것으로 생각되어 왔으며, 단순히 Drp1에 의한 미토콘드리아 외막의 단편화 과정 중 내막 역시 동시에 수동적으로 단편화되는 간단한 모델로 설명되어 왔다.

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