가톨릭대 박대훈 교수팀, 자가포식 작용 핵심 단백질 ATG9 연구성과 총정리·체계화

가톨릭대학교는 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀이 미국 메인대학 Zhao Xuan 교수 연구팀과 함께 생명활동 유지를 위한 필수 단백질 'ATG9'의 그간 연구 결과를 체계적으로 총정리한 리뷰 논문(자가포식 작용 핵심 단백질 ATG9의 신경세포와 비신경세포에서의 기능)이 세포 생물학 분야 세계적인 학술지 '오토파지(Autophagy)'에 실렸다고 27일 밝혔다.

자가포식은 세포가 불필요하거나 손상된 세포 구성 성분을 스스로 제거하는 기작을 말한다. 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 단백질로, 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, 세포 성장과 이동, 여러 바이러스에 대한 면역 작용 등에 핵심 역할을 한다는 연구 결과도 보고됐다.

그러나 ATG9 단백질이 어떤 세포 내 기전을 통해 다양한 기능을 수행하는지에 대해선 명확히 밝혀지지 않았다. 또한 ATG9 단백질에 대한 상반되고 다양한 연구 결과가 나오고 있어 지금까지의 연구 흐름과 동향을 정리할 필요성이 제기됐다.

이에 공동 연구팀은 지난 2022년 뉴런(Neuron), 지난해 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)과 PLOS 생물학(PLOS Biology)에 발표한 신경세포 시냅스 내 ATG9 단백질에 관한 연구경험을 바탕으로 이번 리뷰 논문을 작성했다.

연구팀은 ATG9 단백질의 구조와 기능, 예상 작동 메커니즘과 모델을 총망라했다. 특히 단백질 구조 예측 인공지능(AI) 플랫폼 '알파폴드'를 이용한 ATG9 단백질 구조 예측과 최근 밝혀진 지질 스크램블레이즈 역할 가능성을 결합해 자가포식 작용에 있어 ATG9 단백질의 지질막 확장 기능을 여러 모델로 나눠 제시했다.

또한 신경세포 내 ATG9 단백질의 위치와 기능에 대해서도 체계적으로 정리했다. ATG9 단백질의 기능 상실로 인해 발견되는 특징들을 다양한 동물 모델 수준에 연관시켜 ATG9 단백질의 세포 내 역할에 대해 설명했다.

박 교수는 "이번 리뷰 논문은 생명 활동 유지를 위해 필수적인 역할을 하는 ATG9 단백질의 연구 결과를 총망라해 체계화한 것"이라며 "ATG9 단백질의 여러 질병 모델과의 연관성이 밝혀지는 등 관련 연구 발전에 도움 되길 바란다"고 말했다.

이번 리뷰 논문에는 가톨릭대 의생명과학과 최지영(제1저자)·장하은(제2저자) 학생이 참여했다. 이번 연구는 4단계 두뇌한국21(BK21) 사업의 지원을 받아 진행됐다.