환경에 따라 특정한 기능을 지닌 세포로 분화하는 배아줄기세포의 ‘다분화능력(pluripotency)’을 유지시키는 신호의 조절에 관여하는 ‘보이지 않는 손’의 움직임이 최초로 규명됐다.

포스텍 생명과학과 한진관(50ㆍ韓振官) 교수팀은 척추동물의 등-배(dorsal -ventral) 구조 형성을 제어하는 액티빈/노들(Activin/Nodal) 신호 조절 기작에 Rap2 GTPase라는 유전자가 관여한다는 사실을 밝혀내고, 이 연구 결과를 국제학술지 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘디벨롭먼탈 셀(Developmental Cell)’지 온라인판 최신호에 발표했다.

 이 연구 성과가 특히 주목을 받는 것은, ①노들 단백질이 척추동물의 체축(體軸)을 형성할 뿐 아니라 내부 장기 비대칭 발생에 있어서도 중요한 기능을 담당하는 것으로 알려진 원인도 있지만, ②또 노들 신호전달계가 인간 배아줄기세포의 다분화 능력을 유지하는데 필수적인 것으로 최근 알려졌기 때문이다.  

 나아가 ③노들 단백질이 속해 있는 TGF(Transforming Growth Factor)-β 단백질의 신호 조절은 암이나 비정상적 면역반응과 같은 병리현상의 치료법에 중요한 단서를 제공하는 것으로 알려져 있어서 관심을 끄는 연구대상이다. 

 <TGF-β 계열 단백질들은 세포의 성장, 분화, 접착, 이동을 조절함으로써 초기    배(胚, embryo) 발생과 조직의 항상성(恒常性/homeostasis) 유지에 관여한다.

특히 이 단백질들은 척추동물의 초기 배 발생과정에서 원시배엽* 형성과 특징    적인 세포 분화를 유도해 몸체 형성에 핵심적인 역할을 하는 것으로도 잘 알려    져 있다.>

TGF-β 계열 단백질 중에서도 액티빈과 노들 단백질은 농도에 따라 각기 다른 성질을 가진 세포의 분화를 유도한다. 이는 각 세포가 분화할 때 발생하는 유도신호의 세기(strength)가 서로 다르기 때문에 가능한 것으로, 이 신호의 세기는 신호물질의 농도 뿐 아니라 신호물질과 결합해 만들어진 수용체(receptor)의 키나아제(kinase)* 활성이 얼마 동안 지속되는지에 의해 결정된다는 사실이 규명되어져 왔다.

금번 포스텍 연구진은 랩2(Rap2 GTPase)라는 유전자가 액티빈/노들 신호의 세기를 증가시키는 현상에 착안해 랩2의 기능을 분석한 결과, 랩2가 액티빈/노들 수용체를 분해하는 에스매드7(Smad7)의 역할을 방해한다는 것을 발견했다.

① 즉, 랩2 유전자가 증가하면 에스매드7이 억제되어 액티빈/노들 수용체의 키나아제 활성이 오래 유지된다는 것이다.

② 액티빈/노들 수용체는 신호가 없을 경우 세포 내부와 세포막(plasma membrane) 사이를 순환하는 성질을 가지고 있는데. 이때 랩2가 이 순환 과정을 촉진함으로써 세포막에 일정 수의 수용체를 유지하게 해 적은 신호물질에도 세포가 반응할 수 있게끔 세포의 반응도(responsiveness)를 높이는 역할을 하는 것으로 규명되었다. 

 연구진은 또, ③ 척추동물의 초기 배(胚)의 등과 배 조직에 따라 랩2와 에스매드7이 상호 비대칭적으로 나타남으로써 각각의 조직을 형성하는데 필요한 신호의 세기를 치밀하게 조절한다는 사실도 추가적으로 밝혀내 척추동물의 등ㆍ배 구조 형성에 관한 새로운 모델을 제시한 것으로 평가받았다. 

 한 교수팀의 이번 성과는 발생현상에 대한 연구에 중요한 단서를 제공했을 뿐만 아니라 심장이 오른쪽에 있는 등 장기 위치의 기형 예방법과 TGF-β 작용으로 인해 유발되는 암 치료법 개발의 단서를 제공할 것으로 기대된다.