[전문기술] 고부가가치의 바이오 소재를 생산할 수 있는 세포 내 나노구조물을 만드는 원리가 밝혀졌다.

[전문기술] 고부가가치의 바이오 소재를 생산할 수 있는 세포 내 나노구조물을 만드는 원리가 밝혀졌다.

 

 

 

인체 내에서 사용할 수 있는 생체 적합성이 높은 인공 조직을 만드는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다. * 비막성 미세소낭 구조체(membrane-less vesicle-like compartment) : 이는 세포 내에서 발견되는 소낭(소포) 형태의 구조체로서, 그 안에 들어있는 물질을 다른 곳으로 이동시키거나 혹은 어떤 특정한 기능을 수행하도록 만들어주는 역할을 한다.

한국연구재단은 충남대학교 최유성 교수 연구팀(제1저자, 최현석 박사과정)이 황동수 교수(포항공과대학교) 연구팀 및 조엔-앰마 세아(J.-E. Shea) 교수(캘리포니아주립대학교 산타바바라) 연구팀과 공동으로 무정형단백질 GG1234를 활용해 비막성소기관*의 대표적 형태 중 하나인 미세소낭 구조체를 제조, 이 구조체의 형성 기작을 상세히 규명했다고 밝혔다. . *비막성소기관(membrane-less organelle) : 세포소기관에는 막구조를 하는 막성소기관과 리보솜, 핵소체, 스트레스 과립(stress granule)과 같이 막구조가 없는 비막성소기관이 존재하는데 일반적으로 세포소기관은 막성소기관을 말한다.

세포 내에는 세포 소기관과 같은 막 구조를 가진 기관뿐만 아니라 미토콘드리아, 엽록체처럼 막이 없는 비막성 소기관도 존재한다. 이러한 비막성 소기관은 물질 수송, 생화학 반응, 유전자 발현 조절, 스트레스 대응, 신호 전달 등 여러 가지 생명 현상에 관여하고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근에는 일정한 형태가 없는 단백질인 무정형단백질이 세포 내 소기관의 막 생성과 기능 조절에 중요한 역할을 한다는 연구 결과가 발표되면서 이를 이용한 새로운 소재 개발에도 관심이 모아지고 있다.

이에 연구팀은 타겟 단백질인 골형성단백질 bhBMP-2와 GG1234의 상호작용을 통해 비막성 미세소낭 구조체를 제조했고, 그 형성 메커니즘을 다양한 실험과 동역학적 분자모델링 시뮬레이션을 바탕으로 상세히 규명하는 데 성공했다.

GG1234를 단순히 가교시키면 구형의 입자가 생성되는데, 이 입자에 bhBMP-2를 첨가하면 bhBMP-2가 입자 안으로 침투하여 두 물질이 함께 가교된 복합체가 만들어진다.
연구팀은 이를 통해 액체방울 모양이 중심부에 빈 공간이 있는 구형 캡슐형태로 바뀌고, 외부는 딱딱한 막으로 둘러싸인 상태로 변하면서 세포를 둘러싸는 막을 만들지 않는 미토콘드리아와 같은 소기관이 형성된다는 사실을 밝혀냈다.
* 코아세르베이션(coacervation) : 한 개의 고분자 용액이 물리적 혹은 화학적 조건 변화에 따라 액체-액체 상분리 현상에 의해 고농도의 고분자 용액 상과 희석된 용액 상으로 자발적으로 나누어지는 현상을 뜻한다. ** 액정 : 고체 또는 반고체 상태의 물질을 가열했을 때 생기는 엷은 막. *** 코어-쉘(core-shell) 구조 : 알맹이와 껍데기가 붙어있는 형태.

최유성 교수는 "이번 연구성과는 무정형 단백질을 기반으로 비막성 소기관이 어떻게 형성되고 조절되는지에 대한 과학적인 단서와 직관을 제공하고 있다"며 "향후 비막성 미세소낭 구조체 형성을 통한 고기능 생체소재의 개발이 기대된다"고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 화학·소재 분야 국제학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 2019년 12월 8일 자로 게재됐다.