박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 서대하 교수팀은 모세혈관 세포에서 물질 수송이 이뤄지는 유창(有窓, fenestrae, 구멍) 구조의 형성과 패턴 형성을 분석할 수 있는 메커니즘을 발견했다고 12일 밝혔다.
연구팀은 서울 아산병원 안과 이준엽 교수팀과 공동연구를 통해 혈관 세포막 단백질의 한 종류인 PLVAP 단백질의 공간적 자기조직화 메커니즘을 발견했으며 이를 통해 혈관 질병을 이해하는 새로운 관점을 제시할 수 있게 됐다.
PLVAP 단백질은 혈관내비세포에서 유창을 형성하고 그 격막(diaphragm)을 이루는 단백질로 혈관의 물질 투과성에 중요한 역할을 하고 있어 다양한 혈관 질환 외에도 암, 중추신경계 질환과도 밀접한 관련이 있다.
다양한 질병의 치표 표적이기에 다방면으로 연구되고 있으나 PLVAP 단백질과 유창의 형성과정 및 초미세구조의 분석 등 분자생물학적 메커니즘 규명은 초기 단계에 머물러 있다.
서 교수팀은 단일 분자 추적(Single Molecule Tracking) 광학현미경 영상기술, 영상 데이터의 머신러닝 분석 기술과 분석 내용을 해석하기 위한 반응-확산(Reaction-Diffusion)모델을 활용해 PLVAP 단백질의 활동 및 유창 형성 메커니즘을 밝혀냈다.
서 교수팀은 연구를 통해 PLVAP 단백질은 브라운 운동과 같은 무질서한 확산과 단백질간 상호작용의 화학 평형에 놓여있지만 세포는 주변 환경을 이용해 이들의 반응 속도를 조절함으로써 매우 규칙적인 유창을 형성하고 있음을 확인했다.
또 PLVAP 단백질과 혈관 질환을 연구하는 의사 과학자인 아산병원 안과 이준엽 교수팀은 이번 연구에서 정상 쥐와 PLVAP 단백질 돌연변이(Knock out) 쥐를 비교하는 동물 실험을 통해 혈관 세포의 유창과 그 규칙성 손실, 혈관을 통한 물질 수송의 기능적 저하가 질병의 발병과 어떤 관계가 있는지에 대한 연구를 수행했다.
그 결과 기존 전통적 의학과 생물학 방법으로 이해할 수 없었던 새로운 관점에서 세포의 형태와 기능을 조절하는 물리, 화학적 메커니즘을 밝혀낼 수 있었으며 이를 바탕으로 혈관 질병을 이해하고 치료하는 새로운 의학적 접근을 시도할 수 있게 됐다.
서 교수는 "나노입자 합성 화학, 고분해능 현미경기술, 머신러닝 기술 등 다양한 학문의 방법론을 통해 PLVAP 단백질과 관련된 생명현상의 새로운 메커니즘을 이해할 수 있었다"며 "이번 연구 결과가 향후 혈관 질환 치료에 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대한다"고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 선도연구센터(ERC) 기본연구사업 및 DGIST의 HRHR+, 그랜드챌린지연구혁신프로젝트(D-GRIP)의 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 국제학술지인 Nano Letters에 1월 온라인 게재됐다.
