시냅스형성을 조절하는 핵심단백질의 3차 구조와 분자기전 규명

연구자 한국과학기술원 김호민
주요 지원 내역 개인기초연구사업
성과창출연도 2017
성과내용 미국 스텐포드 대학의 토마스 쥐트호프 교수(2013년 노벨생리의학상 수상자)에 의해 발견된 뉴롤리진과 뉴렉신은 대표적인 시냅스단백질로 시냅스 발달에 관여하는 중요한 인자로 잘 알려져 왔으나, 구체적인 조절기전이 명확하게 규명되지 않은 상태였다. 최근 MDGA1이라는 단백질이 뉴롤리진-뉴렉신 결합을 방해하는 인자로 제안되었다. 특히 MDGA1이 뉴롤리진-2와 특이적으로 결합하여 억제적 시냅스의 발달을 선택적으로 억제시킨다는 것이 알려진 후, 이들의 3차원 분자구조 규명을 위한 경쟁적인 연구가 전 세계적으로 이루어지고 있는 상황이었다. 본 연구진은 단백질 구조생물학(단백질결정학과 바이오투과전자현미경 기술), 신경생물학, 첨단 세포이미징 등 다양한 분야의 유기적인 협력 연구를 통하여 시냅스형성 조절 관련 새로운 분자메커니즘을 선도적으로 제시할 수 있었다. 특히 억제성 시냅스 발달에 관여하는 핵심 조절복합체(뉴롤리진-2/MDGA1) 3차원 구조를 규명함으로써, MDGA1단백질의 기능적 핵심부위를 발굴하였을 뿐만 아니라, 다양한 생화학적 실험을 통하여 MDGA1의 억제성 시냅스 선택적 조절기전을 최초로 제시하였다. 최근 들어 뉴롤리진/뉴렉신 이외에도 다양한 시냅스 단백질들이 발견되어 연구가 진행되고 있으며, 본 연구진은 해당연구 분야에서 특히 주목받고 있는 LAR-RPTP/Slitrk,IL1RAPL1 그리고 IL-1RAcP)과 결합한 이후 신경세포 막에서 배열이 변화하여 결합체 클러스터를 형성하게 됨을 최초로 발견하였고, 이 과정이 시냅스 형성 초기에 중요한 역할을 하게 된다는 새로운 분자기전을 제시하였다. 또한 헤파란황산이 이러한 LAR-RPTP중심 시냅스 단백질 결합체 클러스터를 가역적으로 다시 해리될 수 있음을 새롭게 발견하였고, 이들의 생리적 환경에서의 역할 규명을 위한 후속 연구를 계획하고 있다.

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