미 UCSC 연구진, 비활성 FoxM1 ‘접힘 구조’ 확인
암세포와 림프구[연합뉴스 자료사진]
세포 분열을 제어하는 주요 단백질 가운데 특히 주목받는 대표 주자가 FoxM1이다.
암세포에선 거의 예외 없이 이 단백질이 비정상적으로 활성화한다. 이렇게 되면 환자의 대사 기능이 약해지고, 암세포의 화학치료 저항은 강해져 좋은 예후를 기대하기 어렵다.
오래전부터 세포 분열의 ‘마스터 스위치’로 불리며, 암치료제 개발의 표적이 돼 온 FoxM1의 ‘접힘 구조’ 변화와 작용 메커니즘을 미국 캘리포니아대 산타크루즈 캠퍼스(UCSC) 과학자들이 밝혀냈다. 또한 이 단백질의 구조 변화를 유도하는 인산화 과정이 어떻게 진행되는지도 확인했다.
UCSC의 세스 루빈 화학·생화학과 교수팀은 28일(현지시간) 이런 내용의 연구보고서를 저널 ‘이라이프(eLife)’에 발표했다.
이날 온라인(www.eurekalert.org)에 공개된 연구 개요에 따르면 FoxM1은 하나의 ‘전사 인자(transcription factor)’로서, 세포 분열에 관여하는 다른 단백질의 합성을 제어한다.
루빈 교수는 “세포가 분열하려면 여러 종의 단백질이 만들어져야 하는데, FoxM1은 이들 단백질 합성을 지시하는 유전자를 총괄 제어한다”면서 “암세포가 끊임없이 분열해 증식하려면 FoxM1을 활성화해야 한다”고 말했다.
연구팀은 먼저 비활성 상태에서 FoxM1의 구조를 확인한 뒤 어떻게 활성 상태로 바뀌는지를 핵자기공명 분광법(NMR spectroscopy)으로 관찰했다. 해답은 단백질 접힘(folding) 구조의 전이에 있었다.
비활성 구조에선 FoxM1의 도메인 두 개가 결합했으나, 활성 상태에선 이들 도메인이 분리되면서 구조도 변했다. 도메인은 독립 구조의 단백질 부위를 지칭하며, 100~300개의 아미노산으로 구성된다.
대부분의 단백질은 질서 있는 3차원 구조로 접혀야 제 기능을 발휘하는데, 이런 구조를 갖지 못한 일부 단백질은 무질서한 선형 분자로만 기능한다.
루빈 교수는 “비활성 상태에선 FoxM1이 혼자서 접히지만, 활성 상태가 되면 무질서한 구조로 변하면서 (세포 분열) 유전자 발현에 필요한 다른 단백질들을 끌어모은다”면서 “지금까지 보고되지 않았던 이 부분이, 전사 인자의 온·오프 메커니즘을 보여주는 것일 수 있다”고 설명했다.
FoxM1의 두 도메인이 분리돼 무질서한 구조로 바뀌려면 인산화 과정이 필요한데, 정확히 단백질의 어느 부위에 인산기가 결합하는지도 이번에 밝혀졌다.
루빈 교수는 “억제된 상태의 FoxM1 구조를 확인함으로써 이 단백질의 비정상적 활성화를 막는 약제 개발의 길이 열렸다”라면서 “전사 인자의 작용을 이해하는 측면에서도 이번 발견은 큰 의미가 있다”고 자평했다.
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