송현규 교수팀, 세포 항상성 유지에 기여하는 자식작용 개시 단백질 복합체 기능 규명

▲ 생명과학대학 생명과학과 송현규 교수

국내 연구진이 우리 몸 세포가 스스로 물질을 분해하며 항상성을 유지하는 원리를 규명해 화제다.

생명과학대학 생명과학과 송현규 교수 연구팀은 자식 작용에 관여하는 단백질 복합체의 상호작용과 여기에 관여하는 새로운 단백질을 규명했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기초연구실)의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 오토파지(Autophagy) 8월 7일 온라인판에 게재됐다.

* 논문명 : The C-terminal region of ATG101 bridges ULK1 and PtdIns3K complex in autophagy initiation

* 저   자 : 송현규 교수(교신저자, 고려대학교), 김병원 박사(공동제1저자, 고려대학교), 진윤정(공동제1저자, 고려대학교), 김지예(공동제1저자, 국립암센터), 김준회(공동제1저자, 고려대학교), 정준영(경희대학교), 강성만 교수(고려대학교), 김익영 교수(고려대학교), 김정목 교수(경희대학교), 정희선 박사(국립암센터)

자식작용(自食作用, autophagy)은 세포 내 노폐물을 청소하고 박테리아나 바이러스 등 외부 침입자를 제거하여 세포의 항상성을 유지하기 위한 필수적인 분해 기작으로, 퇴행성 뇌신경 질환 및 암 발생 등과도 밀접한 관련이 있다. 자식작용은 크게 개시, 확장, 성숙 세 단계로 구분할 수 있는데 이 가운데 확장과 성숙 단계는 신호전달이 단순하여 그동안 많은 연구가 진행되었지만, 개시 단계는 이에 관여하는 단백질과 신호전달 체계가 복잡해 구체적인 기작이 밝혀지지 않았다.

연구팀은 자식작용의 개시 단계에서 많은 단백질이 서로 다른 복합체(ULK1 복합체, PI3K 복합체)를 이루며 서로 신호를 전달할 때 핵심적 역할을 수행하는 ATG101 단백질의 3차원 구조를 밝히고 이 단백질의 새로운 기능을 규명하는 데 성공했다.

연구팀은 인체의 ATG101-ATG13 복합체 단백질을 대량 생산해서 분리한 뒤 X-선 산란실험 및 X-선 결정학 방법 등을 통해 복합체의 구조를 분석했다. 이를 통해 그동안 거의 알려지지 않았던 ATG101 단백질의 전체 구조를 알게 되었으며, 이 단백질이 자식작용에 관여하는 PI3K 복합체와 결합할 때 손상이 오면 신호 전달에 문제가 발생한다는 사실을 확인했다.

송현규 교수는 “이 연구는 지금까지 알려지지 않은 ATG101 단백질의 전체 구조를 고해상도로 밝히고 ULK1과 PI3K 복합체를 연결해주는 새로운 기능을 규명한 것”이라며 “자식작용 개시 단계 복합체 간의 신호전달에 대한 이해도를 높인 것으로, 앞으로 자식작용과 관련이 깊은 퇴행성 뇌신경 질환이나 암 질환에 대한 새로운 연구 방향을 제시하는데 기여할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

[ 그 림 설 명 ]

(그림1) ATG101-ATG13 복합체의 3차 구조

왼쪽의 그림은 ATG101(노란색)과 ATG13(진홍색)이 결합된 구조이다. 초록색으로 표시된 부분이 ATG101의 카르복시-말단으로 알파-나선구조를 이루고 있으며, 오른쪽 그림에서와 같이 단백질 결정 내에서 다른 ATG13과 마주하고 있는 것을 확인하였다.

(그림2) ATG101 카르복시-말단과 PI3K 복합체 구성요소와의 결합

ATG101의 카르복시-말단이 없는 부분이 원래의 ATG101과 비교하였을 때, PI3K 복합체 구성 요소들(ATG14, UVRAG, BECN1, PIK3C3)과의 결합이 저해되는 것을 확인할 수 있다.

기사작성 : 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)

사진촬영 : 커뮤니케이션팀 김나윤(nayoonkim@korea.ac.kr)