신경전달물질 수용체는 어떻게 생겼나.

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더사이언스는 일주일 동안의 세계 주요 학술소식을 모은 ‘표지로 읽는 과학’을 연재합니다. 이번 주 ‘네이처’는 신경전달물질에 주목했습니다. 우리 몸은 수많은 신호가 오고 가며 기능을 하는데요, 그 중 중요 신경전달물질 수용체인 ‘글루타메이트 수용체’의 구조가 밝혀졌습니다. ‘사이언스’는 벼의 물관을 막아 말라죽게 하는 ‘벼흰빛잎마름병’을 일으키는 물질의 메커니즘을 표지로 꼽았습니다. - 에디터 주
글루타메이트 수용체는 대칭구조 신경세포와 신경세포 사이의 틈을 시냅스라고 한다. 각 신경세포는 이 ‘빈 공간’을 통해 신호를 주고받는다. 시냅스는 신호전달방식에 따라 두 가지로 나뉜다. 두 신경세포가 거의 붙어 있어 전류를 직접 주고받는 시냅스를 ‘전기적 시냅스’로 부른다. 이와 달리 ‘화학적 시냅스’는 두 세포가 20~50nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 거리를 두고 떨어져 있다. 따라서 전기 신호를 전하는 특정 물질이 있어야 한다. 신경전달물질이다. 화학적 시냅스에서 일어나는 신호전달은 전파로 멀리 떨어진 곳까지 전기를 전하는 방식과 유사하다. 신호를 주고받는 것에 따라 세포도 나뉜다. 신호에 따라 신경전달물질을 만드는 세포를 시냅스전 세포(presynaptic cell), 신호 받는 세포는 시냅스후 세포(postsynaptic cell)라고 한다. 그럼 화학적 시냅스에서 신호 전달을 어떻게 이뤄지는 걸까. 우선 전기 신호가 도착하면 시냅스전 세포에서 신경전달물질이 분비된다. 이 물질은 시냅스후 세포에 있는 수용체에 붙어 이를 자극한다. 시냅스후 세포에서 다시 전기를 일으킨다. 요약하면, ‘전기 신호→ 시냅스전 세포 신경전달물질→시냅스후 세포 수용체→전기 신호’ 과정을 통해 신호 전달이 일어나는 셈이다. 대표적인 신경전달물질이 글루타메이트다. 시냅스전 세포에서 분비된 글루타메이트가 시냅스후 세포의 수용체에 붙으면 외부에 있던 양이온(Na+)이 세포 안으로 들어온다. 세포가 일시적으로 양전하를 갖게 되면서 신호전달이 이뤄지는데, 이를 ‘흥분성 신호전달’이라고 한다. 하지만 그동안 글루타메이트 수용체의 정확한 구조에 대해서는 제대로 알지 못했다. 이번 주 ‘사이언스’는 이 지점에 주목했다. 미국 연구진이 글루타메이트의 수용체(rat Glua2) 구조를 밝혀낸 것. 연구진은 X선을 이용해 수용체의 구조를 분석한 결과 글루타메이트 수용체는 표지처럼 대칭구조를 갖고 있는 것으로 나타났다. 효과기가 효과내지 못하도록 해라! 노란 점이 몰려있다. 꼭 노란 애벌레 같다. 이는 ‘벼흰빛잎마름병균(Xanthomonas oryzae)’이라 불리는 세균이다. 세균의 크기는 1~2㎛(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m). 벼흰빛잎마름병에 걸리면 처음에는 벼의 초록 잎이 누렇게 변하다가 어느 순간 하얗게 건조되면서 급속히 말라죽는다. 병원균이 식물의 물관을 막기 때문이다. 농촌진흥청은 이 병이 2005년에만 약 1000억 원의 피해를 입혔다고 추산했다. 이 병원균은 잎의 ‘숨구멍’인 기공을 통해 침투한다. 숙주인 벼를 감염하는데 중요 역할을 하는 건 병원균에 있는 ‘효과기(TAL effector)’라 불리는 단백질이다. 벼흰빛잎마름병균은 비정상적인 DNA를 숙주에 주입해 이 단백질이 기능하도록 한다. TAL effector는 감염과 관련된 유전자를 발현시키는 전사 활성인자(transcription activator)로 작용한다. 이 유전자로부터 만들어진 단백질이 감염을 돕는 셈이다. 하지만 어떻게 이런 일이 일어나는지에 대해서는 정확히 밝혀지지 않았다. 이번 주 ‘사이언스’는 이를 밝힌 미국 연구진의 연구결과를 소개했다. 연구진은 “이전에 몰랐던 TAL effector의 메커니즘에 대해 알게 됐기 때문에 생명공학연구 등 여러 방면에서 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다. TAL effector의 작용을 억제해 벼흰빛잎마름병을 예방할 수 있는 길도 멀지 않아 보인다.

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