근육 구성하는 '액틴' 불안정하면 결합률 감소해 육각형 배열 형성
혈관 질환 이해·치료에 새로운 의학적 접근 시도할 수 있을 것
(내외방송=정지원 기자) 우리 몸 속 모세혈관 세포의 물질 이동이 이뤄지는 과정을 분석할 수 있게 돼 새로운 혈관 질환 치료법 개발에 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다.
모세혈관 세포 내에는 물질의 수송(이동)이 일어나는 구멍 구조인 '유창'이 존재하는데, 'PLVAP 단백질'이 혈관내비세포(혈관이 포개져 내막을 구성하는 한 층의 세포)에서 유창을 형성해 격막(칸막이 역할)을 이루는 것으로 알려졌다.
PLVAP 단백질은 혈관의 물질 투과에 중요한 역할을 하기 때문에 다양한 혈관 질환뿐만 아니라 암과 중추신경계 질환과도 밀접한 연관이 있어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
유창 형성 과정과 구조 분석 등은 아직까지 초기 단계에 머물러 있는데, DGIST(대구경북과학기술원) 연구팀이 PLVAP 단백질의 활동과 유창 형성 원리를 밝혀냈다.
서대하 화학물리학과 교수 연구팀은 '단일 분자 추적 광학현미경 영상기술'과 '영상 데이터를 머신러닝으로 분석하는 기술'로 데이터를 분석하고, '반응-확산 모델'을 활용해 분석 내용을 최근 해석했다.
PLVAP 단백질은 브라운 운동(정지 상태에 있는 액체나 기체 안에서 움직이는 물체의 빠르고 혼돈적인 운동)과 같은 무질서한 확산 속에서도 단백질 간 상호작용의 화학 평형(화학 반응이 일어나지 않는 것처럼 보이는 상태)에 놓여있다.
반면, 세포는 주변 환경을 이용해 반응 속도를 조절하면서 규칙적인 유창을 형성했다.
연구팀은 PLVAP 단백질 복합체의 공간적 패턴 형성은 액틴(근육을 구성하는 단백질) 불안정화로 올리고머(분자량이 1000 이하) 결합률이 감소하는 것과 관련이 있다는 것을 확인했다.
이를 통해 보통의 조건에서는 패턴을 형성하지 않다가 결합률이 감소했을 때만 130nm(나노미터) 간격으로 육각형 배열을 생성하는 '반응-확산 모델'을 구축했다.
더 나아가 PLVAP 복합체의 화학량론까지 정확하게 예측하는 데 성공했다.
이는 기존 전통 의학이나 생물학으로 이해할 수 없었던 새로운 관점에서 세포의 형태와 기능을 조절하는 물리·화학적 메커니즘을 밝혀낼 수 있었다.
이를 토대로 혈관 질환을 이해하고 치료하는 새로운 의학적 접근을 시도할 수 있을 것으로 기대된다.
서 교수는 "나노입자 합성 화학과 고분해능(성능 좋은) 현미경기술, 머신러닝 기술 등 다양한 방법론을 통해 PLVAP 단백질과 관련된 생명현상의 새로운 메커니즘을 이해할 수 있었다"고 말했다.
이준엽 아산병원 교수 연구팀이 함께 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 최근 온라인 게재됐으며 표지 논문으로 출판될 예정이다(논문명: From Homogeneity to Turning Pattern: Kinetically Controlled Self-Organization of Transmembrance Protein).
