퇴행성 뇌질환 원인 단백질의 비밀…지질 옮기는 '지름길' 찾았다

국내 연구진이 특정 퇴행성 뇌질환 발병과 관련된 단백질 복합체의 3차원 구조를 최초로 규명하며, 세포 내 지질(lipid)이 이동하는 새로운 '지름길'을 발견했다.

20일 생명과학 전문 매체 바이오온에 따르면, 한 연구팀은 국제학술지 '셀(Cell)'에 VPS13A 단백질과 XKR1 단백질 복합체의 고해상도 구조를 분석한 연구 결과를 발표했다. 이 두 단백질의 기능 상실은 각각 무도병-가시적혈구증가증과 맥클로드 증후군이라는 희귀 퇴행성 뇌질환을 유발하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 저온전자현미경(cryo-EM) 기술을 이용해 'VPS13A-XKR1' 복합체의 원자 수준에 가까운 구조를 시각화하는 데 성공했다. VPS13A는 소포체(ER) 등에서 생성된 지질을 다른 세포 소기관으로 운반하는 '다리형 지질 수송 단백질(BLTP)'이며, XKR1은 세포막에서 지질을 재배치하는 '스크램블레이즈' 효소다.

이번 연구의 핵심은 지질 전달 방식에 대한 새로운 기전을 제시했다는 점이다. 기존에는 VPS13A가 운반한 지질을 XKR1에 전달하고, XKR1이 이를 다시 세포막에 삽입할 것으로 추정됐다. 하지만 분석 결과, VPS13A는 XKR1을 경유하지 않고 지질을 세포막으로 직접 전달하는 것으로 확인됐다.

분자동역학 시뮬레이션 결과, VPS13A의 지질 수송 통로 끝부분이 XKR1과의 결합을 통해 세포막에 바짝 붙게 된다. 이를 통해 지질이 외부 환경에 노출되지 않고 통로에서 막으로 곧바로 미끄러져 들어가는 '지름길'이 형성되는 것이다. 이후 XKR1은 막에 삽입된 지질을 양쪽 막 사이에서 균형 있게 재분배하는 역할을 수행한다.

연구팀은 이러한 지질 전달 과정의 구동력이 세포 소기관 간 '막 장력(membrane tension)' 차이일 수 있다고 설명했다. 지질이 합성되는 소포체는 막 장력이 낮은 반면, 지질을 받는 세포막 등은 장력이 높아 이러한 장력 차이가 지질의 방향성 있는 흐름을 유도한다는 것이다.

이번 연구 결과는 VPS1 단백질 전체와 자가포식(autophagy)에 관여하는 ATG2 단백질 등 다른 다리형 지질 수송 단백질들의 작용 기전을 이해하는 데도 중요한 단서를 제공한다. 이는 파킨슨병 등 다양한 질병과 관련된 세포 내 물질 수송 과정을 이해하고 잠재적인 치료 전략을 개발하는 데 기여할 것으로 기대된다.