울산과학기술원(UNIST) 화학과는 민두영 교수 연구팀이 세포 막단백질의 결합 과정에서 기존 통설과 다른 새로운 기작을 발견했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 막단백질이 짝을 형성하는 과정을 실시간으로 관찰해 그 안에 숨어있던 중간 단계를 규명하는 데 성공했다. 단백질이 한 번에 결합한다는 기존 이론을 뒤엎고, 실제로는 지퍼와 같이 여러 중간 단계를 거쳐 결합이 완성된다는 사실을 단일 단백질 분자 수준에서 확인한 것이다.

세포를 감싸고 있는 막에는 다양한 단백질이 위치해 있다. 이들 막단백질은 외부 신호를 수용하거나 신호 물질을 배출하는 통로 기능을 담당하며 이 중 50% 이상은 2개가 결합해야만 정상적인 기능을 발휘할 수 있다.

이번 연구를 통해 막단백질이 서로 단계적으로 결합한다는 새로운 사실이 밝혀졌다. 단백질은 즉시 붙지 않고 특정 부위부터 맞물리며 여러 중간 과정을 통해 최종적으로 하나의 결합체가 형성되는 방식이다. 기존에는 2개의 막단백질이 접근해 한 번에 결합한다고만 알려져 있었다.

연구팀은 '막단백질 상호 작용 단분자 집게(single-molecule tweezers)'라는 새로운 분석 기법을 통해 이를 밝혀낼 수 있었다. 이 분석법은 양쪽 단백질을 일종의 집게로 붙잡아 당기면서 결합이 어떻게 진행되고 끊어지는지 실시간으로 기록할 수 있다.

이런 결론은 추가 실험을 통해서도 검증됐다. 연구진이 막단백질 사이에 짧은 펩타이드 조각을 삽입해 결합을 방해하자 단백질의 결합이 중간 단계에서 중단됐다. 지퍼를 채울 때 가운데 톱니가 손상되면 끝까지 잠기지 않듯이 막단백질도 특정 단계가 차단되면 결합 자체가 완성되지 않는 것이다.

민두영 교수는 "막단백질이 중간 단계를 통해 차례대로 결합한다는 사실은 단백질 간 상호 작용을 이해하는 데 큰 전환점"이라며 "유방암 치료제인 '퍼제타'에도 이 막단백질 결합 억제 원리가 적용되고 있는데, 결합의 숨겨진 단계를 밝혀내 선택적으로 차단하는 방식을 적용하면 더 효과적인 신약 설계가 가능해질 것"이라고 밝혔다.

민 교수는 이어 "이번 연구에서 사용된 단분자 집게 분석법은 의약학적으로 중요한 막단백질 결합 과정을 정밀하게 규명하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.

연구 결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Co㎜unications)에 8월 9일 게재됐다.