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호메오단백질의 세포간 이동 모델. 호메오단백질의 분비 능력은 호메오도메인의 존재와 더불어 호메오단백질의 3차원 구조(호메오도메인 외부에 존재하는 소수성 아미노산잔기에 따라 정해짐)에 의해 결정된다. 세포 바깥 공간으로 분비된 호메오단백질은 세포 표면에 존재하는 프로테오클리칸의 당사슬과 결합을 통해 축적된 뒤 인접한 세포의 세포막을 침투해 세포 내부로 들어간다. 세포로 침투한 호메오단백질들은 해당세포에서 유전자 및 단백질 발현 등의 과정을 조절함으로써 세포의 발달과 유지에 관여한다. 그림=한국연구재단.

호메오 단백질은 DNA에 결합하는 능력을 가진 전사인자로 세포가 어떤 신체부위로 발달할지 운명을 결정하는 역할을 한다고 알려져 있다. 따라서 어떤 호메오 단백질을 갖고 있는지에 따라 동일한 DNA를 가진 세포들의 유전자 발현 양상이 달라져 뇌, 심장, 피부 등 상이한 특징을 갖는 신체 기관으로의 발달이 가능해진다.

기존 학설에서는 친수성 물질은 소수성인 세포막을 통과하지 못하므로 친수성인 호메오 단백질도 만들어진 세포 안에서만 작용한 뒤 소멸된다고 여겼다. 하지만 호메오 단백질이 세포막을 자유롭게 통과해 주변 세포로 이동한다는 주장도 있어 약 30년 간 학계의 논란이 돼 왔다.

연구팀은 기존 세포생물학의 정설을 깨고 호메오 단백질이 대부분 세포막 밖으로 분비될 수 있음을 입증했다. 연구팀이 인간의 160여 개 호메오 단백질을 분석한 결과 그 중 95%가 세포의 외부로 분비돼 주변 세포로 이동했다.

나아가 연구팀은 세포의 외부로 분비되기 위한 조건으로 호메오 단백질 내부에 소수성 아미노산 잔기가 필요하다는 것도 증명했다.

김진우 교수는 “이 연구를 통해 세포 간 이동이 호메오 단백질들이 갖는 일반적인 특성임이 증명됐다”며 “이 연구가 30년 가까이 이어져 온 호메오 단백질의 세포 간 이동현상 논란에 종지부를 찍는 중요한 전환점이 될 것으로 본다”고 연구 의의를 설명했다.

이은정 KAIST 박사가 제1저자로 연구를 주도한 이 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터, 글로벌연구실) 등의 지원으로 수행됐다. 생명과학 분야 세계적 학술지인 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 7월 16일 게재됐다.

이연호 (dew9012@edaily.co.kr)

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