가톨릭대 박대훈 교수팀의 '신경세포 액체-액체 상 분리 현상 리뷰', 알츠하이머 등 뇌질환 연관성에 주목

가톨릭대학교는 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀이 독일 튀빙겐대학교 니샤 모드 라피크 교수 연구팀과 공동으로 진행한 '신경세포 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상'에 관한 리뷰 논문이 생화학·분자생물학 분야 권위지이자 셀(Cell) 자매지인 'Trends in Biochemical Sciences'의 10월호 표지논문으로 선정됐다고 21일 밝혔다.

액체와 액체가 상 분리를 보이는 현상(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, 뇌 질환의 발병 기전과 치료를 위한 신경세포 내 액체-액체 상 분리 현상 연구의 중요성이 대두되고 있다.

박 교수는 2021년과 지난해 액체-액체 상 분리 현상이 신경세포의 시냅스 전 말단 내 시냅스 소낭의 응집에 관여할 것이라는 최초의 생체 내 실험 결과를 SCIE급 저널인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표한 경험을 바탕으로, 파킨슨병에서의 액체-액체 상 분리 현상을 연구 중인 튀빙겐대 니샤 모드 라피크 교수와 이번 리뷰 논문을 작성했다.

연구팀은 리뷰 논문에서 시냅스 전 말단에서 관찰되는 여러 현상이 실제 액체-액체 상 분리 현상이 갖는 물리화학적 특징과 어떤 점에서 일치하는지를 다루며, 지금까지 발표된 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 받은 단백질 구조 예측 인공지능(AI) 모델 '알파폴드'를 이용해 액체-액체 상 분리 현상을 만드는 데 중요한 역할을 할 것으로 보이는 단백질의 비정형 지역(disordered region)을 예측하고, 기존에 알려진 유전자 제거 실험 결과들과 비교 분석해 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 제시해 신경세포 시냅스 전 말단의 기능 유지와 신경질환 발병에 있어 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 중요성을 강조했다.

박 교수는 "최근 액체-액체 상 분리 현상이 살아있는 세포 내에서도 중요한 역할을 담당할 수 있다는 주장이 제기된 이후 많은 연구가 이뤄졌지만, 아직 신경세포 내에서 액체-액체 상 분리 현상이 가지는 역할과 기능에 대해 밝혀진 게 매우 적다"며 "이번 리뷰 논문이 시냅스 전 말단에서의 액체-액체 상 분리 현상의 연구 방향을 제시하고, 나아가 뇌 질환의 발병 기전과 치료 연구에 도움이 되길 바란다"고 말했다.

이번 연구는 두뇌한국21(BK21) Four 사업 지원을 받아 이뤄졌다. 가톨릭대 대학원 생명공학과 최지영 석박통합과정생이 제1저자로 참여했다.