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과학기술부와 한국과학재단은 생체 신호 전달 과정에서 단백질 복합체가 분자적 스위치에 의해 생리 활성을 정교하게 조절하는 새로운 패러다임을 정립한 포스텍(포항공과대학교,POSTECH) 서판길(徐判吉) 교수를 이달의 과학기술자상 8월 수상자로 선정하였다.
인간과 같은 다세포 생명체들은 분화과정을 통하여 다양한 종류의 세포들로 구성되어 있고, 이들 구성 세포들 간의 효율적이고 정교한 정보 교환 및 전달은 여러 가지 생리기능 조절에 매우 중요하다. 세포들 간의 정보교환 및 전달은 각 세포에 존재하는 수용체와 세포에서 분비되는 물질들 간의 특이적인 결합으로 시작된다. 이러한 세포 외부의 특이적인 신호가 수용체에 인지되면 세포 내 일련의 단백질들이 체계적이고 역동적인 변화가 유도된다. 궁극적으로 이들 분자의 조합을 통해 신호가 전달되면 여러 가지 생리 활성 반응들이 일으키게 된다.
생체 내 생리활성은 전열 기구의 켜짐/꺼짐 스위치와 같은 생리분자 작동에 의해 조절되고 있다. 세포 신호 전달 기작에서 생리활성 조절은 호르몬, 신경전달 물질, 성장인자 등의 다양한 외부 자극에 의해 이루어지게 되고, 이들에 의해 켜진 분자 스위치는 세포 내에 신호를 활성화 시킨다. 또한 신호의 비활성화를 위해서는 분자 스위치가 꺼져야 만 한다. 이와 같은 신호의 활성화와 비활성화의 정교한 조절에 의해 생체는 항상성을 유지한다. 만약 외부 신호에 의해 신호전달 기작이 활성화가 안 되거나, 활성화 신호가 지속적으로 유지된다면 세포내에서 병리현상의 이상을 초래할 수 있을 것이다. 그러므로 신호전달 기작을 조절하는 생체 분자의 정체를 밝히는 연구는 생리현상을 이해하는 데 필수적이라고 할 수 있다.
본 연구에서는 각종 장기에서 대사를 조절하는 성장 호르몬이 자신의 수용체와 결합하면 포스포리파제 씨-감마1(Phopholipase C-γ1, PLC-γ1)이 잭2(Jak2)라는 타이로신 인산화 효소(tyrosine kinase)에 의해 활성화 되어 세포의 성장을 유도함을 규명하였다. 이후 포스포리파제 씨-감마1이 탈인산화 효소 PTP-1B와 결합하여 잭2와 자신을 탈인산화 시킴으로써 성장 호르몬의 신호전달을 비활성화 시키는 분자적 기작을 밝혔다. 이것은 포스포리파제 씨-감마1을 매개로 하는 분자들의 다중 결합체의 형성은 성장 호르몬 신호를 정교하게 조절하는 새로운 신호전달 조절 장치라 할 수 있다. 또한 포스포리파제 씨-감마1은 성장 호르몬의 신호전달에서 스위치 역할을 하며, 성장 호르몬으로 인한 세포의 생리 작용을 정확히 조절할 수 있는 단백질임을 밝혀내었다.
서판길 교수는 신호전달에서 포스포리파제 씨-감마1이 세포막 인지질을 분해하여 이차 신호전달물질을 만듦으로써 활성화 과정에서 핵심효소로 다양한 기능을 수행하고 있다는 사실을 밝혀 왔다. 이번 연구에서는 포스포리파제 씨-감마1이 탈인산화 효소를 끌어 들여 세포 내에 활성화된 신호를 비활성화 시키는 신호전달 과정에서 스위치 역할을 하는 것을 처음으로 밝혔다. 이것은 포스포리파제 씨-감마1에 의한 신호전달의 새로운 조절 기작을 밝힌 것은 물론 하나의 분자가 신호전달 과정에서 신호를 켜고, 끄는 스위치로써 정교하게 생리현상을 효과적으로 조절할 수 있다는 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 이 결과는 생리현상을 분자적 규명이나 해석에 널리 활용될 것이며, 또한 이 분야 연구 활성화에 크게 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 성장 호르몬의 신호전달 과정에서 비활성화 조절 기작을 분자 및 세포 수준에서 밝혀 구체적인 분자 모델로 제시한 첫 번째 발견이라는 점에서 큰 의미를 부여할 수 있으며, 또한 신호전달 기작의 해석에 새로운 패러다임을 제시하였다. 이러한 핵심 조절 기작은 성장 호르몬 뿐 아니라 다양한 성장인자, 사이토카인 (cytokine)등에 의한 세포 신호 전달 기작 해석에도 적용시킬 수 있는 근원적인 모델이라 할 수 있다. 특히, 성장 호르몬조절 이상으로 야기되는 대사성 질환에 대한 구체적인 이해를 도울 수 있을 뿐 아니라, 이것을 토대로 대사성 질환 치료제의 개발을 위한 중요한 전기를 마련해 주었다고 생각된다.</ SPAN>
