시냅스소낭 막융합이란 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달할 때 감정, 행동 등의 두뇌활동을 매개하는 신경전달물질(neurotransmitter)이 담긴 시냅스소낭(synaptic vesicle)이 신경세포막과 막융합을 통해 시냅스 간극으로 신경전달물질을 분비하는 과정을 말한다.
보톡스는 시냅스소낭 막융합에 관여하는 스네어 단백질을 제거하는 방식으로 신경신호 전달을 억제하는 역할을 한다. 통증치료와 미용치료에 사용되는 것으로 알려져 있다. 부작용으로는 근육마비 등이 있다.
이번 연구는 광주과학기술원(GIST, 총장 김영준) 생명과학부 전영수 교수(교신저자)가 주도하고 고영준, 이미리암 연구원(공동 제1저자)이 맡았다. 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 선도연구센터지원사업과 GIST 바이오광학영상센터연구사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 국제학술지 미국국립학술원회보(PNAS) 온라인판 5월 12일자에 게재됐다.(논문명: In vitro assay using engineered yeast vacuoles for neuronal SNARE-mediated membrane fusion)
신경전달물질 연구에서 시냅스소낭 막융합 과정을 분석하기 위해서는 신경세포의 생체막을 이용하는 것이 좋지만 비용이 많이 들고, 분석이 어렵다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 사람의 스네어 유전자를 가진 효모를 제작하고 인간 시냅스소낭 막융합을 모방한 효모 액포 사이의 막융합 반응을 시험관에서 구현하는 데 성공했다.
스네어(SNARE)는 생체막융합을 유도해 세포 내 물질이동을 조절하는 단백질이며 효모(yeast)는 빵이나 맥주 등 발효에 이용되는 단세포 생물을 말한다. 사람세포처럼 세포내 핵(nucleus)을 갖는 진핵세포여서 실험모델로도 많이 이용된다. 액포(vacuole)란 효모의 세포 소기관으로 단백질, 지질 등 다양한 생체 고분자 물질의 분해 및 재활용이 일어난다.
연구팀은 이 방식을 통해 효모에서 매번 동일한 스네어 단백질을 가진 액포를 분리, 정제할 수 있어 기존 분석시스템의 재현성 문제를 극복할 수 있게 됐다. 효모는 대량 배양에 유리하기 때문에 화합물 발굴 등 대규모 스크리닝 연구에 응용할 수 있다.
전영수 교수는 “개발된 분석시스템이 인간의 시냅스소낭 막융합의 특성을 그대로 보여주고 있어 이번 연구성과는 보톡스의 효능개선, 대체물 개발 등 다양한 연구활동에 기여할 것”이라고 말했다.
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