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시냅스 3차원 초정밀지도 완성됐다

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시냅스 3차원 초정밀지도 완성됐다

2014.06.01 18:00

사이언스 제공
사이언스 제공

  화려한 그림의 정체는 실험용 쥐의 머릿속 ‘시냅스’다. 이번 주 사이언스 표지는 쥐의 머릿속 시냅스 3차원 지도를 원자수준의 정밀도로 구축한 독일 괴팅겐대 연구팀의 성과가 차지했다.


  벤자민 빌헬름 교수팀은 시냅스 속 30만 개의 단백질의 위치와 개수, 이동경로를 밝히기 위해 3가지 방법을 복합적으로 이용했다.


  먼저 다 자란 실험용 쥐의 뇌를 적출한 후 ‘웨스턴 블라팅’ 기법과 질량 분석을 통해 뒤죽박죽으로 섞여있는 단백질의 종류와 개수를 알아냈다.

 

  그 다음 전자현미경을 이용해 단백질의 크기를 측정한 후, 초고해상도 형광현미경을 이용해 단백질이 위치하는 정확한 곳을 확인했다. 그 결과 실험용 쥐의 원자수준으로 정밀한 3차원 시냅스 표준 지도가 완성됐다.


  표준 지도와 함께 연구팀은 시냅스 속 신경전달 과정 중 일부 단백질들이 서로 연결돼 상호작용하며 작동한다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 그런데 이 단백질들은 수명이 서로 판이하게 다르고 각기 다른 곳에서 만들어지는 이상한 현상을 보였다.


  연구팀은 “어떤 수용성 단백질이 다른 여러 단백질의 개수와 생산, 폐기를 조절하는 것으로 보인다”며 “정확한 메커니즘을 밝혀내는 것이 앞으로 남은 과제”라고 말했다.

 

 

 

네이처 제공
네이처 제공

  몸속이 훤히 들여다보이는 사람이 그려져 있다. 폐, 간, 대장 등 여러 장기가 보이고 그 안으로는 전자회로처럼 복잡하게 얽힌 선들이 보인다. 바로 인간 프로테옴 지도를 표현한 것이다.

 

  이번 주 ‘네이처’는 인간 프로테옴 지도를 구축하기 위해 연구를 진행 중인 두 그룹을 소개했다.

 

  ‘프로테옴(proteome)’은 특정 세포에서 발현되는 모든 단백질을 나타내는 말이다. 유전체가 생명체의 모든 보편적인 유전정보를 담고 있다면, 프로테옴은 좀 더 구체적으로 특정 세포에만 작용하거나 만들어지는 단백질들을 일컫는다.

 

  프로테옴이 각광받게 된 이유는 인간게놈프로젝트의 한계에서 찾을 수 있다. 인간의 모든 유전체 염기서열이 다 해석됐다고 해도 이것만 가지고는 단백질 기능을 명확하게 알아내긴 어렵기 때문이다.

 

  즉 세포 내에서 단백질이 변형을 일으키거나 합성될 수 있는 만큼 단백질의 최종적인 모양을 파악해야 그 기능도 알 수 있다는 것이다.

 

  아킬리시 판데 미국 존스홉킨스대 생물화학과 교수가 주도하는 연구팀은 분광광도계로 조직과 체액, 세포 등을 분석하는 방식으로 1만7294개의 암호화 단백질을 보유한 유전자를 찾아냈다. 판데 교수는 현재까지의 연구 성과를 온라인(www.humanproteomemap.org)을 통해 공개했다.

 

  베른하르트 키스터 독일 뮌헨공대 교수가 이끄는 연구팀 역시 1만8097개 유전자에 대한 단백질 조합을 찾아내 이를 무료로 온라인상(https://www.proteomicsdb.org/)에 공개했다. 키스터 교수는 “DNA의 유전정보를 세포 내 리보솜에 전달하는 mRNA가 단백질 생산에 밀접하게 연관돼 있기 때문에 mRNA의 양을 파악하면 단백질 양도 예측할 수 있다”고 설명했다.

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