▲ 미토콘드리아 번역을 시각화하는 형광센서의 원리와 mtIF3 단백질의 미토콘드리아 번역 촉진을 통한 신경세포 성장 조절 효과를 나타낸 연구그림  
 
   
 
  ▲ 왼쪽부터 이소연 연구원(제1저자), 김재익 교수, 박동근 연구원(제1저자)  
 

UNIST 생명과학과 김재익·임정훈 교수팀이 ‘mtIF3’ 단백질이 뇌 신경세포(뉴런) 발달에 관여한다는 사실을 밝혀냈다고 26일 밝혔다. 이 단백질은 신경세포 성장원뿔 발달에 필요한 막대한 에너지 공급을 촉진하는 역할을 한다. 성장원뿔은 신경세포 축색돌기의 성장 방향을 잡아주는 조직이다.

연구결과에 따르면 mtIF3 단백질은 미토콘드리아 번역 조절을 통해 이러한 기능을 수행한다. 미토콘드리아는 에너지를 만드는 세포 속 기관으로, 미토콘드리아 안에 자체 암호화된 단백질들이 합성되는 과정을 미토콘드리아 번역이라 한다. 미토콘드리아에서 번역된 단백질은 에너지 합성 과정에 쓰인다.



연구팀은 자체 개발한 형광센서 기술로 이 사실을 입증했다. 미토콘드리아 번역에 필요한 두 물질이 만나게 되면 형광이 방출되는 원리로 작동하는 센서이다. 미토콘드리아 번역이 활성화될수록 형광 세기도 더 커진다.

실험결과 신경세포 말단에서 ‘mtIF3’ 단백질을 합성하면 형광 센서에서 검출되는 형광 빛의 세기가 커졌다. 또 이 단백질을 억제했을 때는 신경세포 발달이 억제됐다. 이는 mtIF3 단백질이 미토콘드리아 번역을 활성화해 신경세포 발달을 조력한다는 증거다.



이번 연구를 통해 mtIF3 단백질이 국지 번역(합성) 단백질 중 하나라는 사실이 처음으로 밝혀졌다. 세포체로부터 완성품 단백질 대신 전사체(mRNA)를 전달받아 단백질로 바꾸는 과정을 단백질 국지 번역이라 한다. 세포체에서 단백질을 가져오는 것보다 세포 말단에서 바로 합성해 쓰는 것이 세포 기능을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있어서 나타나는 현상이다. mtIF3는 원래 세포핵 속에 암호화된 단백질로, 미토콘드리아 번역 개시인자로 알려져 있다.

지난 2020년 작고한 고(故) 민경태 UNIST 생명과학과 교수 연구팀은 mtIF3 단백질의 전사체(mRNA)를 신경세포 말단에서 발견해 이번 실험을 설계했다.

민 교수가 공동 교신저자로 이름을 올린 이번 연구결과는 생명과학분야 주요 학술지인 ‘비엠씨 바이올로지’(BMC Biology)에 2022년 1월 7일자로 발표됐다. 연구 수행은 한국연구재단 리더연구, 중견연구, 기초연구실 지원사업, 그리고 서경배과학재단의 연구지원을 받아 이뤄졌다.

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