숙명여대 김용기 교수 연구팀, 세포 핵심 단백질 ‘튜불린’ 조절 원리 첫 규명

▲(왼쪽부터) 숙명여대 약학대학 김용기 교수, 석·박사통합과정 조예나 학생. (사진=숙명여대)

숙명여대는 약학대학 김용기 교수 연구팀이 세포골격 단백질인 튜불린이 세포 안에서 어떻게 일한 양을 유지하는지 설명하는 새로운 조절 원리를 규명했다고 13일 밝혔다.

튜불린은 세포의 뼈대 역할을 하는 단백질이다. 세포의 모양을 유지하고, 물질을 이동시키며, 세포분열 과정에서도 핵심적인 역할을 한다. 문제는 세포 안에서 튜불린의 양이 조금만 많거나 적어도 세포 기능에 이상이 생기고, 암이나 신경퇴행성 질환으로 이어질 수 있다는 점이다. 하지만 튜불린이 어떻게 항상성을 유지하는지는 지난 40여 년간 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 튜불린의 유전정보(mRNA)가 단백질로 만들어지는 동시에 선택적으로 분해되는 ‘동시 번역·분해 방식’에 주목했다. 튜불린이 필요 이상으로 만들어질 경우, 생산 과정에서 바로 제동이 걸리는 일종의 ‘자가 조절 장치’가 작동한다는 것이다.

특히 이 과정이 TTC5 단백질과 CARM1-PI3KC2α 신호체계에 의해 정밀하게 조절된다는 사실을 확인했다. 그동안 CARM1은 유전자 조절에 관여하는 핵 속 효소로 알려졌지만, 이번 연구를 통해 세포질에서 직접 튜불린의 양을 조절하는 핵심 인자라는 점이 새롭게 밝혀졌다.

연구팀은 또 다른 세포골격 단백질인 액틴은 튜불린과 전혀 다른 방식으로 양을 조절한다는 사실도 함께 규명했다. 액틴은 mRNA 위치 조절과 전사 피드백 회로를 통해 균형을 유지한다는 점을 확인했다. 이는 세포골격 단백질들이 각기 다른 조절 회로를 통해 항상성을 유지한다는 사실을 보여준다.

숙명여대는 이번 연구가 미세소관 이상과 관련된 암, 신경퇴행성 질환 등의 원인을 이해하고 새로운 치료 전략을 설계하는 데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

김 교수는 “이번 연구는 지난 40여 년간 명확히 규명되지 않았던 튜불린 자가조절 메커니즘을 CARM1을 중심으로 체계적으로 규명했다는 점에서 의미가 매우 크다”고 말했다.

이번 논문은 숙명여대 약학대학 석·박사통합과정 조예나 학생이 제1저자로 이름을 올렸으며, 생화학·분자생물학 분야의 세계적 학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 게재됐다.