혈청 반응 인자와 직접적으로 결합... 유전자 장애 여부에 영향
줄기세포·신경세포에 대한 이해 틀 제공... 치료 개발에 활용 가능
[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 김세윤, 이광록, 조원기 카이스트 생명과학과 교수 공동연구팀이 동물 세포의 유전자 발현을 조절하는 핵심적인 원리를 규명했다.
진핵 세포의 신호전달 시스템에 필요한 다양한 이차 신호전달물질로 작용하는 ‘이노시톨 인산 대사체’는 암, 비만, 당뇨, 신경계 질환들에 폭넓게 관여한다.
‘IPMK 단백질’(inositol polyphosphate multikinase)은 유전자 발현을 직접적으로 조절하는 기능을 가지고 있다. 특히 IPMK 효소는 동물 세포의 대표적인 전사 인자(transcription factor)인 혈청 반응 인자(serum response factor, 이하 SRF)에 의한 유전자 전사 과정에 중요한 역할을 수행한다고 보고된 바 있다. 다만 작용하는 기전에 대하여 알려진 바는 없었다.
SRF 전사 인자는 최소 200~300여 개의 유전자 발현을 직접적으로 조절하는 단백질이다. 동물 세포의 성장과 증식, 세포 사멸, 세포의 이동성 등을 조절하기 때문에 심장과 같은 장기 발생에 필수적인 역할을 맡는다.
연구팀은 이노시톨 대사 시스템의 핵심 효소 IPMK 단백질이 동물 세포의 핵심 유전자 발현 네트워크의 중요한 전사 활성화 인자로 작용한다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 IPMK 단백질이 SRF 전사 인자와 직접적으로 결합하면서 이를 통해 SRF 전사 인자의 3차원적 단백질 구조에 변화가 일어난다는 점을 확인했다.
IPMK 효소에 의하여 활성화된 SRF 전사 인자를 통해 다양한 유전자들의 전사 과정이 촉진된다. 즉, IPMK 단백질은 SRF 전사 인자의 단백질 활성을 높이는 데 반드시 필요한 조절 스위치와 같은 역할을 수행한다.
연구팀은 최종적으로 IPMK 효소와 SRF 전사 인자 사이의 직접적인 결합에 문제가 발생할 경우, SRF 전사 인자의 기능과 활성이 낮아져 유전자 발현에 심각한 장애가 발생한다는 점을 알아냈다.
특히 SRF 전사 인자가 가지고 있는 비정형 영역(Intrinsically disordered region, IDR)이 중요한 조절 부위라는 점을 밝힘으로써 비정형 단백질의 생물학적 중요성을 제시했다.
보통 단백질은 접힘을 통해 고유의 구조를 나타낸다. 이 때 비정형 영역이 포함된 경우에는 특정한 단백질 구조가 관찰되지 않는다. 학계에서는 이러한 비정형 영역을 가지고 있는 단백질들을 비정형 단백질이라고 구분하고 어떠한 기능을 수행하는지 주목하고 있다.
김세윤 교수는 “이번 연구는 이노시톨 대사 시스템의 핵심 효소인 IPMK 단백질이 동물 세포의 핵심 유전자 발현 네트워크의 중요한 전사 활성화 인자이며 이를 증명하는 핵심 메커니즘을 제시한 중요한 발견”이라며 “SRF 전사 인자로부터 파생되는 다양한 암의 발생과 암전이 현상, 줄기세포로부터의 조직 분화 및 발생, 신경 세포 활성화 과정 등을 근본적으로 이해함으로써 혁신적인 치료 기술 개발 등에 폭넓게 활용되기를 바란다”고 전했다.
이지웅 기자 game@greened.kr
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