시냅스서 신경전달물질을 담은 소포체는 어떻게 방출될까

2017.08.27 19:32
spdlcj 제공
네이처 제공

이번 주 ‘네이처’ 표지에는 시냅스 소포의 세 가지 종류의 단백질로 이뤄진 복합체의 모습이 담겼다. 이 복합체는 뇌신경세포(뉴런) 사이의 시냅스에서 신경전달물질을 분비하는데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
 
엑셀 브런저 미국 스탠퍼드대 교수팀은 뇌신경세포(뉴런)의 ‘토세포(吐細胞) 현상’의 핵심이 되는 단백질 복합체의 결정 구조를 밝혀냈다고 ‘네이처’ 24일자에 발표했다.

 

토세포 현상은 세포 안에 소포(小胞)를 만들어 세포 밖으로 방출하는 작용을 말한다. 뉴런은 토세포 현상을 통해 신경전달물질을 분비한다. ‘시냅토태그민’으로 불리는 시냅스 소포 속 당단백질과 용해성 N-에틸 말레이마이드 센서티브 융합 단백질의 용해성 단백질 수용체인 ‘스네어(SNARE)’, 뇌신경세포의 소포체인 ‘컴플렉신’은 신경전달물질의 분비를 매개하는 것으로 알려졌다.
 
그러나 이들 분자 사이의 상호작용은 아직까지 밝혀지지 않았다. 이런 가운데 브런저 교수팀은 시냅토태그민과 스네어, 컴플렉신의 작용 기작의 단서가 될 수 있는 중간 단계 결정의 구조를 밝혀냈다. 연구진은 이 분자가 토세포 현상에 필요한 세포막 융합 직전 단계라는 데서 ‘전(前)융합 스네어-컴플렉신-시냅토태그민-1 복합체’(이하 복합체)라고 이름 지었다. 뉴런의 세포막과 신경전달물질을 담은 소포체(컴플렉신)의 세포막이 융합돼야만 컴플렉신이 뉴런 밖으로 방출될 수 있다.
 
이 복합체의 구조는 뇌에서 신경전달물질을 분비하는 토세포 현상이 오류 없이 일어나도록 돕는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 연구진은 복합체 안에서 3가지 종류의 분자가 동시다발적으로 상호작용한다는 사실도 알아냈다. 가령 스네어 분자의 한 편에서 시냅토태그민-1 분자가 반응할 때, 다른 한 편에서는 또 다른 스냅토태그민-1 분자가 동시에 반응을 하는 것으로 확인됐다.

 

칼슘 이온이 2개의 스냅토태그민-1 분자에 결합하면, 복합체가 활성화 되면서 스네어 분자가 연쇄적으로 반응해 세포막이 융합되기 시작한다. 이때 시냅토태그민-1이 컴플렉신과 결합된 부위에서 상호작용을 하게 되면서 밀리초 이하의 시간 단위로 컴플렉신과 뉴런의 세포막 융합을 일으키는 것으로 나타났다. 
 
브런저 교수는 “그동안은 분자 수준에서 뉴런의 토세포 현상을 설명하지 못했지만, 이번 연구 결과를 통해 신경전달물질의 분비 과정에 대한 새로운 단서를 얻었다”고 밝혔다.

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