AI가 '숨은 단백질' 찾아냈다…세포 간 물질 교환 통로 규명

미국 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 기능이 밝혀지지 않았던 '숨은 단백질'을 찾아내고, 이 단백질이 세포 간 물질 교환 통로를 만든다는 사실을 규명했다.

12일(현지시간) 애저라이프사이언스와 미국 마이애미대학교에 따르면 마이애미대학교 밀러의대 실베스터 종합암센터 연구팀은 AI로 2억1400만개 이상의 예측 단백질 구조를 비교했다.

연구팀은 유전자 서열 대신 3차원 구조를 기준으로 검색해 G단백질결합수용체(GPCR) 계열의 숨은 구성원을 발견했다. GPCR은 세포가 외부 신호를 감지하고 반응하도록 돕는 단백질군이다.

연구팀은 특히 'TM184C'라는 단백질에 주목했다. 이 단백질은 GPCR과 유사한 형태지만 세포 내부의 소포체 막에서 주로 발견됐다.

TM184C가 있는 소포는 세포 내부의 이동 통로인 미세소관을 따라 이동해 이웃 세포를 잇는 얇은 돌기 부위에 모였다. 이 돌기는 다리 역할을 하며 세포들이 대사산물과 소포, 미토콘드리아 같은 세포소기관을 주고받는 통로로 작용했다.

연구팀이 TM184C 기능을 억제하자 세포 간 연결이 줄고 세포 모양과 소포 배열이 변했다. TM184C가 세포 간 통로를 만들고 관리하는 데 관여한다는 뜻이다.

논문 제1저자인 제니퍼 아르쿠리 박사는 "TM184C 양성 소포가 세포 간 연결을 통해 이동하는 모습을 보고 이 구조가 상당한 물질 교환 경로가 될 수 있다는 점을 깨달았다"고 말했다.

이번 발견은 세포가 자원을 공유할 때 누가 이득을 보는지에 대한 질문을 던진다. 건강한 조직에서는 연료나 손상된 구성요소를 필요한 곳으로 옮겨 세포가 스트레스를 견디도록 도울 수 있다. 그러나 교환이 불균형하면 한쪽 세포가 다른 쪽의 희생으로 이득을 볼 수도 있다.

TM184C는 세포가 낡거나 손상된 부분을 분해해 재활용하는 자가포식 과정 조절에도 관여하는 것으로 나타났다. 연구에서 TM184C를 줄이자 자가포식 지표가 증가했다.

연구팀은 인간의 TM184C와 유사한 효모 단백질 'Hfl1'도 연구했다. 효모에서 Hfl1을 제거하자 세포에 문제가 생겼지만, 인간의 TM184C를 넣자 문제가 해결됐다. 약 10억년의 진화에도 이 기능이 효모와 인간에서 유사하게 유지됐다는 의미다.

논문 수석저자인 대니얼 아이섬 박사는 "수십 년간 생물의학 연구는 우리가 식별하고 이해할 수 있는 단백질에 집중해 왔다"며 "AI는 체계적으로 탐색을 시작할 방법을 제공한다"고 말했다.

그는 "AI를 맹신해서는 안 되지만 전문가와 준비된 사람의 손에서 큰 성과로 이어질 수 있다"고 강조했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다.