UNIST를 포함한 공동 연구팀이 세포질을 떠다니는 단백질과 RNA 등이 모여 생기는 '생체분자 응축체'의 형성 원리를 밝혀냈다.
이동욱 UNIST 교수팀과 최수형 홍익대 교수팀, 허수미 DGIST 교수팀은 단백질을 모방한 합성 소재에서 분자에 달린 결합 부위인 '스티커'가 많을수록 더 약한 결합만으로도 응축체가 만들어진다는 사실을 규명했다고 6일 밝혔다.
생체분자 응축체는 세포 안을 떠다니는 단백질과 RNA 등이 한곳에 모여 만들어진 작은 액체 방울이다. 별도의 막이 없지만 생체 반응에 필요한 여러 물질이 모여 세포 내 여러 반응을 조절한다. 바이러스 DNA와 이를 감지하는 단백질이 모여 만드는 응축체가 대표적이다. 이 안에 효소와 반응 재료가 모이면 면역 신호물질을 만드는 반응이 활발해진다.
이러한 응축체가 언제, 어떻게 생기는지 알려면 생체분자 내 부분별 기능을 알아야 하지만 생체분자 구조가 복잡해 파악이 어려웠다.
연구팀은 복잡한 생체분자가 뭉치는 과정을 단순하게 살펴볼 수 있는 실험 모형으로 이 문제를 해결했다. 긴 사슬 모양의 합성 분자에 서로 달라붙는 '스티커'와 그 사이를 채우는 '스페이서'를 함께 배치한 모형이다.
스티커는 단백질 아미노산의 일종인 아르기닌의 화학 구조 가운데 '구아니디늄' 부분을 본뜬 것으로 스티커의 평평한 부분이 서로 포개지듯 가까워지면 끌어당기는 힘이 작용한다. 스페이서는 다른 아미노산인 라이신의 일부 구조를 본뜬 것이다. 스티커끼리 붙으면 사슬은 오므라들고, 서로 다른 사슬의 스티커끼리 붙으면 여러 사슬이 연결돼 뭉친다.
연구팀은 사슬 길이는 같게 두고 스티커 수와 물속 소금 농도를 바꿔가면서 사슬 모양과 분자들이 뭉치는 조건을 비교했다.
그 결과, 스티커가 많을수록 더 낮은 소금 농도에서도 분자들이 모여 액체 방울을 만들었다. 액체 속에서 성분이 다른 액체 방울이 생기는 '액체-액체 상분리'가 더 쉽게 일어났다. 개별 분자 사슬이 펼쳐진 상태에서 오므라드는 변화도 더 낮은 소금 농도에서 나타났다. 붙을 자리가 많으면 각각의 결합이 상대적으로 약해도 사슬이 수축하고 여러 사슬이 모일 수 있다는 의미다.
같은 소재를 입힌 두 표면을 물속에서 맞붙였을 때는 반직관적인 결과가 나왔다. 스티커가 많은 소재에서는 스티커끼리 붙는 힘이 강해질수록 두 소재층이 오히려 덜 달라붙었다.
연구팀은 각 층 안에 밀집한 분자 사슬들이 서로 먼저 결합하면서, 맞은편 층과 연결될 스티커가 줄었기 때문으로 해석했다.
이동욱 교수는 “생체분자 응축 현상을 이해하는 기초 연구뿐 아니라 자극 감응성 연성 소재, 습윤 접착제, 수중 코팅 개발 분야에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com