대학원 소식
뇌세포막의 비밀을 풀다: 콜레스테롤 고함량 세포막의 물 분자 불투과 관측
2022.11.17 Views 432
뇌세포막의 비밀을 풀다: 콜레스테롤 고함량 세포막의 물 분자 불투과 관측
치매, 광우병, 당뇨 등 발병인자들과의 상호작용 분석에 폭넓게 적용될 것 기대
유용상•안동준 교수팀 연구결과 Journal of the American Chemical Society 표지 논문 선정돼
치매, 광우병, 당뇨 등 발병인자들과의 상호작용 분석에 폭넓게 적용될 것 기대
유용상•안동준 교수팀 연구결과 Journal of the American Chemical Society 표지 논문 선정돼
고려대 KU-KIST융합대학원 유용상(KIST 뇌과학연구소) 교수와 공과대학 화공생명공학과 안동준 교수 공동연구팀은 뇌세포에 존재한다고 알려진 콜레스테롤 함유 지질뗏목 도메인에서 물 분자가 투과하지 못함을 실험적으로 처음 관측하고 이론연구를 병행하여 그 메커니즘을 규명했다.
이번 연구 결과는 화학분야 최고 권위 학술지 Journal of the American Chemical Society (IF=16.383)에 11월 11일 온라인 게재됨과 함께 표지 논문으로도 선정됐다.
- 저자정보 : 유용상(교신저자, KIST/고려대), 안동준(교신저자, 고려대), 백지민(공동1저자, 고려대/KIST), 정우혁(공동1저자, 고려대), 유의상(KIST)
- 논문명 : In-vitro membrane platform for the visualization of water impermeability across the liquid-ordered phase under hypertonic conditions
- DOI : 10.1021/jacs.2c06626
이번 연구는 뇌세포에 다량 존재한다고 알려진 지질뗏목을 체외에서 구현함으로써 물 분자 투과도를 실험적으로 입증한 첫 사례이다. 콜레스테롤 고함량 도메인인 지질뗏목에서 물 분자의 이동 여부을 밝히기 위한 다양한 시도에도 불구하고, 이를 실험적으로 증명하는 것은 지금까지 미지의 과제로 남겨져 왔다. 이는 콜레스테롤 고함량 지질뗏목이 세포막상에서 1,000분의 1초 동안 생겼다가 사라지며, 재차 발생한다 해도 머리카락 두께의 10,000분의 1 두께로 형성되기 때문에 시간적 공간적 측면에서 관측이 어려운 난제였다.
* 지질뗏목(lipid raft) : 세포막상에 존재하는 콜레스테롤과 글리코스핑고리피드, 막결합 수용체 등의 당단백질이나 지질이 풍부한 영역이다. 이 영역은 신호전달에 필요한 물질들이 다량으로 모여 있어 세포내외부로 각종 신호전달을 담당하며 생명유지에 중요한 역할을 한다.
연구팀은 우선 매우 짧은 시간, 국소적으로 발생하는 지질뗏목을 안정적으로 재현하는 기술을 발명하여 이 지질뗏목을 마이크로미터 크기의 홀 구조체위에 도포했다. 이와 같이 새롭게 설계된 지질뗏목 지지형 플랫폼은 물 분자의 투과를 체외에서도 모사할 수 있도록 고안되어, 물 분자 교환이 활발한 경우에 세포막이 터지는 원리를 통하여 지질뗏목에서의 물 분자 불투과 정도를 분석할 수 있었다.
더 나아가, 분자동역학 시뮬레이션 분석을 통해 콜레스테롤이 많은 지질뗏목 영역에서 물 분자의 투과도가 상대적으로 낮아지는 과정과 그 원인을 추적 분석했고, 물 분자 교환이 활발할 경우 세포막이 파괴되는 과정을 밝히는 데 성공했다.
* 분자동역학 시뮬레이션 : 물리계의 원자들 사이의 힘이 주어졌을 때 이를 이용해서 뉴턴의 운동 방정식을 수치적으로 풀어냄으로써 원자들의 동역학을 계산하는 방식이다.
▲ 지질뗏목 체외구현 플랫폼과 분자동역학 시뮬레이션을 통해
콜레스테롤 고함량의 지질뗏목에서 물 분자 불투과 정도를 관측하고 그 매커니즘을 규명함.
치매, 광우병, 당뇨병 등의 발병성 부착 단백질들이 지질뗏목에서 퇴적된다는 사실을 고려하였을 때, 이번 연구를 통해 규명된 물 분자 불투과성에 대한 메커니즘은 향후 발병인자들과 지질뗏목간의 상호작용 분석에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.
2012년 고려대는 한국과학기술연구원(KIST)과 함께 KU-KIST융합대학원을 설립하여 양 기관의 핵심 인력이 학연교수 형태로 참여하여 국가과학기술을 선도할 핵심기술 공동연구를 수행하고 융합형 명품인재를 양성하는 새로운 교육•연구모델을 선보인 바 있다. 유용상, 안동준 교수의 이번 공동연구 성과도 양 기관의 협력으로 이뤄낸 결과이다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 지원하는 중견연구사업과 미래소재디스커버리사업, KIST 주요사업 및 KU-KIST 사업의 지원을 받아 수행됐다.
▲ 왼쪽부터 KU-KIST융합대학원 유용상 교수, 안동준 고려대 교수,
백지민 고려대 화공생명공학과 석박사통합과정, 정우혁 고려대 화공생명공학과 석박사통합과정
커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)
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