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산소없이 살아가는 미생물의 생존원리 규명질병 일으키는 선충의 치명적 약점, 치료제 개발에 활용 기대
조충연 기자  |  dw@doctorw.co.kr
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승인 2018.12.06  15:23:34
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▲ Osm1 단백질의 3차 구조
예상된 FAD 조효소 결합부위뿐만 아니라 예상하지 못한 새로운 부위에 또 다른 FAD가 발견됐다. 두 번째 FAD의 기능과 이 두 번째 조효소 결합 부위가 Osm1의 기능에 중요함을 보여준다.
   
▲ (a) 무산소/저산소 환경에서 Osm1이 전반적으로 세포 내를 산화적 환경으로 만들어 주는 모델
(b) 단백질의 이황화결합이 만들어지는 장소인 소포체에서 Osm1이 전자 수용체로 작용해 이황화결합을 형성시키는 모델
생명활동에 꼭 필요한 산소가 없어도 미생물이 생존하는 원리가 규명됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 박현호 교수(중앙대학교)와 김성환 박사(첨단의료복합단지 신약개발지원센터/(現)폴루스) 공동연구팀이 산소 없이 미생물이 원활히 에너지를 발생시키고 단백질을 생성하는 핵심요인을 규명했다고 밝혔다.

산소는 세포 내에서 에너지를 만들어 내고 정상적인 단백질 접힘이 일어나게 하는 등 생존에 필수적인 역할을 한다. 산소 없이 살아가는 암세포나 일부 미생물들은 산소의 기능을 무엇으로 대체하는지 아직까지 학계의 수수께끼로 남아 있었다.

연구팀은 빵이나 맥주를 만들 때 사용되는 효모로부터 산소가 없을 때 과발현되는 단백질에 주목했다. Osm1이라는 단백질로 인해 산소 없이도 물질대사가 이루어지고 에너지 생성이 유도된다.

연구결과 Osm1 단백질의 각기 다른 부분에 두 개의 FAD 조효소가 결합되면서 전자수용체의 역할을 해 산소가 없는 상태에서도 전자전달이 용이하게 한다.

FAD 조효소는 플라빈 효소 군의 조효소로서 생체 내 산화환원계에서 수소 및 전자전달에 관여한다.

이런 성질을 바탕으로 Osm1은 산소 없이 소포체에서 만들어지는 단백질의 접힘 과정에도 관여했다. 새로이 생성된 단백질의 황(S) 원소 간 결합을 형성하도록 유도해, 단백질이 제 기능을 할 수 있는 정상적인 형태를 이루게 된 것이다.

박현호 교수는 “혐기성미생물에서 산소의 역할을 대신하는 존재를 규명한 연구”라며, “질병을 유발하는 재선충, 사상충 등 선충의 예방제 및 치료제 개발에 핵심정보를 제공할 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다.

국제학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 11월 19일에 논문명 ‘Molecular basis of maintaining an oxidizing environment under anaerobiosis by soluble fumarate reductase’, 김성환 박사(제1저자, 첨단의료복합단지 신약개발지원센터), 김창민 박사과정(제1저자, 중앙대), 손영진 연구원(제1저자, 첨단의료복합단지 신약개발지원센터), 최재영 석사연구원(영남대학교), 라헬 연구원(MIT), 이윤호 연구원(첨단의료복합단지 신약개발지원센터), 장태호 연구원(첨단의료복합단지 신약개발지원센터), 송재영 선임연구원(첨단의료복합단지 신약개발지원센터), 강하라 교수(인천대), 크리스 카이저(MIT), 박현호 교수(교신저자, 중앙대) 등으로 게재됐다.

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