- 가톨릭대 의생명과학과-독일 튀빙겐대 공동연구 LLPS-알츠하이머·파킨슨 뇌질환 연관성 제시 

- 생화학·분자생물학 권위지 ‘Trends in Biochemical Sciences(IF=11.6)’ 표지논문 선정 쾌거

* 사진 설명 : (왼쪽부터) 최지영 석박통합과정생(제1저자, 가톨릭대 대학원 생명공학과), Nisha Mohd Rafiq 교수(공동저자, University of Tübingen), 박대훈 교수(교신저자, 가톨릭대 의생명과학과)

 가톨릭대학교(총장 원종철) 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀이 독일 튀빙겐대학교(University of Tübingen) Nisha Mohd Rafiq 교수 연구팀과 공동으로 진행한 ‘신경세포 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상’에 관한 리뷰 논문이 생화학 및 분자생물학 분야 권위지이자 셀(Cell) 자매지인 ‘Trends in Biochemical Sciences(IF=11.6, 해당 분야 상위 4.6%)’의 10월호 표지논문으로 선정됐다. 

 액체와 액체가 상 분리를 보이는 현상(liquid-liquid phase separation, LLPS)은 지질막과 같은 물리적 장벽 없이도 세포 내에서 단백질을 비롯한 고분자들이 자발적으로 뭉쳐 기능적인 구획을 형성할 수 있다는 이론이다. 최근 알츠하이머, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환에서 발견되는 비정상적인 단백질 응집이 액체-액체 상 분리 현상과 관련 있다는 연구 결과가 다수 보고되면서, 뇌질환의 발병 기전과 치료를 위한 신경세포 내 액체-액체 상 분리 현상 연구의 중요성이 대두되고 있다. 

 이에 가톨릭대학교 의생명과학과 박대훈 교수는 지난 2021년과 2023년에 액체-액체 상 분리 현상이 신경세포의 시냅스 전 말단 내 시냅스 소낭의 응집에 관여할 것이라는 최초의 생체 내 실험 결과를 SCIE급 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(IF=14.7)’에 발표한 경험을 바탕으로, 파킨슨병에서의 액체-액체 상 분리 현상을 연구 중인 독일 튀빙겐대학교 Nisha Mohd Rafiq 교수와 함께 이번 리뷰 논문을 작성하였다. BK21 Four 사업 지원으로 진행된 이번 연구에는 가톨릭대 대학원 생명공학과 석박통합과정 최지영 학생이 제1저자로 참여했다. 

 연구팀은 리뷰 논문에서 시냅스 전 말단에서 관찰되는 여러 현상이 실제 액체-액체 상 분리 현상이 갖는 물리화학적 특징과 어떤 점에서 일치하는지를 다루며, 지금까지 발표된 이전 연구 결과들을 바탕으로 시냅스 전 말단에서 액체-액체 상 분리 현상을 유발할 것으로 예측되는 다양한 시냅스 전 말단 단백질들의 특성을 체계적으로 정리했다. 

 특히, 올해 노벨화학상을 수상한 단백질 구조 예측 인공지능(AI) 모델 ‘알파폴드’를 이용해 액체-액체 상 분리 현상을 만드는데 중요한 역할을 할 것으로 보이는 단백질의 비정형 지역(disordered region)을 예측하고, 기존에 알려진 유전자 제거(knock out) 실험 결과들과의 비교 분석을 통해 해당 단백질의 액체-액체 상 분리 현상이 실제 신경세포 내에서 어떻게 기능을 조절할 수 있을지에 대한 다양한 가능성을 제시했다. 

 또한, 액체-액체 상 분리 현상의 기능 이상이 알츠하이머, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환으로 이어지는 과정에 대한 추측을 다양한 관점으로 제시함으로써 신경세포 시냅스 전 말단의 기능 유지 및 신경질환 발병에 있어 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 중요성을 강조했다.

 가톨릭대 의생명과학과 박대훈 교수는 “최근 액체-액체 상 분리 현상이 실제 살아있는 세포 내에서도 중요한 역할을 담당할 수 있을 것이라는 주장이 제기된 이후 많은 연구가 이뤄졌지만, 아직까지도 신경세포 내에서 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 역할과 기능에 대해 밝혀진 것이 매우 적다”며 “이번 리뷰 논문이 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상의 연구 방향을 제시하고, 더 나아가 뇌질환의 발병 기전 및 치료 연구에도 도움이 되길 바란다”고 말했다.

* 그림 설명 : 액체-액체 상 분리 현상과 신경퇴행성 질환의 연관성