고기능 생체소재 개발 가능한 비막성 미세소낭 구조체 형성 기작 규명

세포의 비막성소기관 생성과정 이해 및 생체소재로 활용 기대

공과대학 응용화학공학과 최현석 박사과정생(지도교수: 최유성)이 포항공대 황동수 교수팀, 캘리포니아주립대 J.-E. Shea 교수팀과 국제 공동연구를 통해 의료용으로 활용 가능한 비막성 미세소낭 구조체 제조 기술을 개발했다.

이번 연구성과는 화학/소재 분야 국제학술지 ‘Advanced Science’에 12월 8일 게재됐으며, 이번 연구는 응용화학공학과 최현석 박사과정생이 제1저자, 최유성 교수가 교신저자로 수행했다.

세포는 세포소기관 외에도 막이 없는 비막성소기관을 활용하여 물질의 수송, 생화학 반응, 전사와 번역의 조절, 스트레스 대응, 신호 전달 등 다양한 생명현상을 효율적으로 수행한다는 것이 밝혀지고 있지만, 관련 연구는 아직 초기 단계다.

최근 들어 무정형단백질이라 불리는 특정한 3차 구조를 갖지 않는 단백질이 비막성소기관을 형성하고 조절하는 데 중요하게 관여한다는 사실이 점차 드러나고 있으며, 이와 함께 무정형단백질을 활용한 생체소재 개발에 대한 관심도 높아지고 있다.

이에 연구팀은 타겟 단백질인 골형성단백질 bhBMP-2와 GG1234의 상호작용을 통해 비막성 미세소낭 구조체를 제조했으며, 그 형성 메커니즘을 다양한 실험과 동역학적 분자모델링 시뮬레이션을 바탕으로 상세히 규명하는 데 성공했다.

연구팀은 GG1234의 단순 코아세르베이션(coacervation)에 의해 구형의 액적이 형성되고 여기에 bhBMP-2가 추가하면, bhBMP-2가 내부로 침투하면서 액적 표면에서부터 GG1234/bhBMP-2 복합 코아세르베이션이 형성된다. 연구팀은 이 과정을 통해 액적의 형태가 코어-쉘 구조의 미세소낭 형태로 스스로 변화하고, 쉘 영역이 고체상으로 상전이되면서 비막성 미세소낭 구조체가 만들어진다는 것을 확인했다.

최유성 교수는 “이번 연구성과는 무정형단백질을 기반으로 비막성소기관이 어떻게 형성되고 조절되는지에 대한 과학적인 단서와 직관을 제공하고 있다”며, “향후 비막성 미세소낭 구조체 형성을 통한 고기능 생체소재의 개발이 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구 지원 사업의 지원을 받아 수행됐다.