- 가톨릭대 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀-미국 메인 대학 Zhao Xuan 교수 연구팀 공동연구

- 세포 생물학 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘오토파지(Autophagy, IF=14.6)’에 게재 

* 사진 설명 : (왼쪽부터) 최지영 학생(제1저자, 가톨릭대 의생명과학과), 장하은 학생(공동저자, 가톨릭대 의생명과학과), Zhao Xuan 교수(공동저자, University of Maine), 박대훈 교수(교신저자, 가톨릭대 의생명과학과)

 가톨릭대(총장 원종철) 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀이 미국 메인대학(University of Maine) Zhao Xuan 교수 연구팀과 공동으로 진행한 ‘자가포식 작용 핵심 단백질 ATG9의 신경세포 및 비신경세포에서의 기능’에 관한 리뷰 논문을 세계적인 세포 생물학 분야 권위지인 ‘오토파지(Autophagy, IF:14.6)’에 게재했다. 

 자가포식은 세포가 불필요하거나 손상된 세포 구성 성분을 스스로 제거하는 기작으로, 이 과정을 통해 세포가 항상성을 유지하고 외부 스트레스에 대응할 수 있어 노화, 퇴행성 신경질환, 면역질환 등 각종 질병과 연관성이 높은 것으로 알려져 있다. 

 ATG9 단백질은 40여 가지가 넘는 자가포식 연관 단백질(ATG proteins) 중 유일한 막 관통성 단백질(transmembrane protein)로 생명활동 유지를 위한 필수 단백질이다. ATG9 단백질이 결핍된 실험용 쥐 대다수가 태아 시기에 사망했으며, 뇌에서 발현하는 ATG9 단백질을 제거했을 때는 신경세포 사멸과 함께 파킨슨병과 유사한 운동 장애가 나타나는 것으로 밝혀졌다. 또한, 최근에는 ATG9 단백질이 세포막 회복, 세포의 성장과 이동, 여러 바이러스에 대한 면역 작용 등에 핵심 역할을 한다는 연구 결과도 보고됐다.

 이처럼 ATG9 단백질의 중요성이 부각 되고 있지만, 그동안 ATG9 단백질이 어떠한 세포 내 기전을 통해 다양한 신체 내 기능을 수행하는지에 대해 명확히 밝혀지지 않았다. 더불어 최근 ATG9 단백질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 여러 상반되고 다양한 연구 결과들이 나오고 있어 지금까지의 연구 흐름 및 동향을 정리할 필요성이 제기됐다.

 이에 가톨릭대 의생명과학과 박대훈 교수와 미국 메인대학 Zhao Xuan 교수는 지난 2022년 Neuron (IF:14.7), 2023년 Nature Communications (IF:14.7)과 PLOS Biology (IF:7.8)에 발표한 신경세포 시냅스 내 ATG9 단백질에 관한 연구경험을 바탕으로, 이번 리뷰 논문을 작성하게 됐다. BK21 Four 사업 지원으로 진행된 이번 연구에는 가톨릭대 의생명과학과 최지영(제1저자)·장하은(제2저자) 학생이 주 저자로 참여했다.

 연구팀은 리뷰 논문을 통해 ATG9 단백질의 구조와 기능, 예상 작동 메커니즘 및 모델을 총망라하여 정리했다. 특히 단백질 구조 예측 인공지능(AI) 플랫폼 ‘알파폴드(AlphaFold)’를 이용한 ATG9 단백질 구조 예측과 함께, 최근 밝혀진 지질 스크램블레이즈(Lipid scramblase) 역할 가능성을 결합해 자가포식 작용에 있어 ATG9 단백질의 지질막 확장 기능을 여러 모델로 나누어 제시했다. 

 더불어 이번 리뷰 논문에서는 지금까지 밝혀진 여러 단백질체 분석 결과를 기반으로 신경세포 내 ATG9 단백질의 위치 및 기능에 대한 내용도 체계적으로 정리했다. ATG9 단백질의 기능 상실로 인해 발견되는 특징들을 다양한 동물 모델 수준에 연관시켜 ATG9 단백질이 수행할 것으로 예상되는 세포 내 역할에 대한 이해를 돕고자 했다. 

 가톨릭대 의생명과학과 박대훈 교수는 “지금까지 ATG9 단백질은 생명 활동 유지를 위해 필수적인 역할을 담당하는 그 중요성에 비해, 세포 내 작동 기전에 대해 명확히 알려지지 않았다”며 “ATG9 단백질과 관련된 지금까지의 연구 결과를 총망라하여 체계화한 이번 리뷰 논문으로 ATG9 단백질의 여러 질병 모델과의 연관성이 밝혀지는 등 관련 연구 발전에 도움이 되길 바란다”고 말했다. 

※ 추가 그림 

*그림 설명 : ATG9 단백질의 신경세포 시냅스 내 위치 및 기능