왼쪽부터 서병창 교수, 박천규 박사.

[대학저널 온종림 기자]DGIST(대구경북과학기술원) 뇌과학과 서병창 교수 연구팀이 신경세포 말단에서 신경전달물질의 분비를 조절하는 중요한 단백질인 ‘전압의존성 칼슘채널’의 활성에 대한 분자적 기전을 규명했다.

 

다양한 정신질환과 만성통증 같은 신경성 질병을 치료할 수 있는 새로운 연구에 대한 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

칼슘이온의 유입을 조절하는 전압의존성 칼슘채널 중 ‘CaV2.2’채널은 신경세포의 축삭말단에 발현하여 신경전달물질의 분비를 조절함으로 신경세포간의 신호전달에 중요한 역할을 수행한다. 이러한 CaV2.2의 활성조절에 문제가 생길 경우 조울증, 정신분열증, 자폐증 같은 정신질환이나 뇌전증(간질), 만성통증 등이 발병하는 것으로 알려져 있다.

세포막은 인지질이라고 불리는 물질에 의해 형성되는데, 인지질 중 하나인 PIP2가 전압의존성 칼슘채널의 활성에 중요하다고 알려져 있지만, 어떻게 칼슘채널의 활성을 조절하는지는 명확하게 밝혀지지 않았었다.

서 교수 연구팀은 β2 단위체의 세포막 결합 유무에 따라서 PIP2가 어떻게 CaV2.2의 활성을 다르게 조절하는지에 대한 원리를 분자적 수준에서 규명하고자 했다. 연구팀은 유전자 재조합을 통해 CaV2.2 채널과 β2 단위체의 다양한 변이 모델들을 만들어 전기 생리학 기법으로 확인했다. 

 

그 결과 CaV2.2 채널에서 β2 단위체가 결합하고 있는 ‘I-II loop’ 와 전압감지 도메인 중 하나인 ‘S4II’에 PIP2가 각각 결합하여 채널의 활성을 조절한다는 것을 발견했다. 또한 β2 단위체의 세포막 결합 유무에 따라 I-II loop에 PIP2가 결합하는 것이 결정되고 이로 인해 CaV2.2의 활성이 조절된다는 것을 발견했다.

나아가 β2 단위체를 응용하여 CaV2.2의 I-II loop에 인위적으로 PIP2의 결합을 조절할 수 있는 시스템을 개발하여 실시간으로 CaV2.2의 활성을 조절할 수 있음을 확인했다.

이번 연구 결과는 자폐증과 조울증, 정신분열증 같은 정신질환이나 뇌전증, 만성통증 같은 치명적인 신경성 질병 치료에 중요한 단초를 제시할 것으로 기대된다.

이번 연구는 DGIST 뇌과학과 박천규 박사가 제1저자로, 서병창 교수가 교신저자로 참여했다. 연구결과는 생명과학 분야 저명 학술지 ‘eLife’에 11월 14일자로 온라인 게재됐다.

 

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