한국뇌연구원(KBRI)이 간질과 근육이상 등을 일으키는 세포막 단백질의 새로운 3차원 구조와 작동원리를 밝혀냈다.
 
신경세포는 세포막에서 염소이온(Cl-)과 수소이온(H+)을 교환해 전기적 신호전달과 신호전달물질 분비 등의 생리현상을 조절한다. 만일 이 과정에 관여하는 CLC 수송체 단백질에 문제가 생기면 근육 이상, 간질, 청각 및 시각 소실 등이 일어날 수 있다.

KBRI 임현호 박사 연구팀은 단일 CLC 수송체 단백질에서 이온교환에 핵심적인 역할을 하는 외곽 글루탐산 잔기의 새로운 구조를 규명하는데 세계 최초로 성공했다. 

연구팀은 외곽 글루탐산 잔기를 변화시킨 돌연변이 CLC 단백질들을 제작하고 9가지 다른 조건에서 이들의 입체구조를 규명했다. 

또 수송체 내에서 염소이온(Cl-)이 결합하는 새로운 부위를 찾아냈다. 이를 통해 단일 CLC 단백질이 이온교환과정에서 4개의 구조적 다양성을 가질 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다. 

CLC 단백질의 구조를 처음으로 발견해 2003년 노벨화학상을 수상한 미국 록펠러 대학의 매키넌 박사는 이 단백질이 3개 이상의 구조적 다양성을 가질 수 있다고 예측했으나, 현재까지 같은 생물종에서 2종류 이하의 구조만 보고돼 왔다.

이번 연구는 구조 결정이 어려운 세포막 단백질에서 새로운 구조와 기능을 규명하고 이를 통한 물질 수송원리를 밝혔다는데 의의가 있다. 

또 향후 세포막 단백질에 기반한 여러 기능을 제어해 다양한 생리현상과 질병을 조절하는 기술 개발로 이어질 것으로 기대된다. 

임현호 박사는 “연구원에서 구조와 기능을 통합한 시스템적 연구를 당장 결과가 나오지 않아도 장기적으로 지원해준 덕분에 좋은 결과를 얻을 수 있었다”며 “앞으로 뇌의 생리학적 기능을 유지하는데 중요한 세포막 단백질 연구를 계속해 나가겠다”고 말했다.

한편 이 연구결과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 8월호에 게재됐다

김범수 기자