생명/의료

청각 전도 이온통로 확정

발행일 : 2019 / 12 / 04

최근, 푸단(復旦)대학교 생명과학대학 옌즈창(閆致強) 연구팀, 모토유키 하토리(Motoyuki Hattori) 연구팀은 도쿄대학 오사무 누렉(Osamu Nurek) 연구팀과 공동으로 TMC1/2는 귀 달팽이관 유모세포 내 청각 전도 이온통로임을 확정함으로써 청각 연구 분야에서 약 40년 동안 해결하지 못한 문제를 해결했다. 해당 성과는 “Neuron”에 게재됐다.

인간이 소리에 대한 감지는 내이의 코르티기관에서 비롯된다. 코르티기관에는 16,000개가 넘는 유모세포가 있으며 소리를 기계적 신호로부터 전기적 신호로 전환시키는 기계적 전달통로는 계단형으로 배열된 유모세포의 부동섬모 다발에 위치하여 있다. 약 40년 전 청각 유모세포의 청각 전도 전류를 기록했고 청각 전도를 담당하는 분자에 대한 연구를 다년간 수행했지만 확정하지 못했다.

TMC1/2 유전자를 포함한 청각 전도로의 많은 후보유전자는 모두 청각 전도에 영향을 미칠 수 있다. TMC1/2는 최초로 이롱 환자에서 발견됐다. TMC1/2는 유모세포가 전류를 기계적 전도하는 필수적인 단백질로서 기계적 전도가 발생하는 부동섬모 첨단부에 위치하여 있으며 또한 유모세포에서 발현된다. 기존 연구에서 유전학적 방법을 통해 막관통 통로 유사 단백질을 코딩하는 TMC1/2 유전자가 생쥐 청력에 대한 중요성을 규명했다.

TMC1 돌연변이는 생쥐의 기계적 민감성 전류 특성을 개변시킨다. 하지만 TMC1/2 단백질이 이온통로인 여부 및 기계적 자극-의존성 통로인 여부는 확정하지 못했다.

연구팀은 TMC 단백질이 배양한 세포에서 발현될 경우 세포막에 수송되기 어렵기에 전기 생리학적 특성을 정상적으로 기록하기 어려움을 발견했다. 해당 문제를 해결하기 위해 연구팀은 정제하여 획득한 TMC1/2 단백질을 리포좀과 재조합시킨 후 체외에서 TMC 단백질이 이온통로 인지의 여부를 연구했다.

체외 재구성을 달성하기 위해 연구팀은 직교 선별(orthogonal screening)을 이용하고 형광검사 기반 부피 배제 크로마토그라피 열안정성 검사(FSEC-TS)를 통해 21가지 다양한 종에서 유래된 TMC 단백질을 선별했다. 그 중에서 푸른바다거부기 유래 TMC1(CmTMC1)과 사랑앵무새 유래 TMC2(MuTMC2)는 곤충 세포에서 고순도로 발현된다.

TMC 단백질은 이온통로 활성을 보유하고 있기에 외부 전압에 의해 단백질 기공 통로를 자발적으로 개방시켜 전류를 생성할 수 있다. 고속 압력 클램프를 이용해 재조합 CmTMC1와 MuTMC2 통로에 압력을 가할 경우 CmTMC1과 MuTMC2 통로는 직접 기계적 힘에 응답할 수 있을 뿐만 아니라 전류강도 응답 및 단일 통로 개방 확률은 외부 압력의 증가에 따라 증가된다. 연구팀은 또한 생쥐 이롱 유발 Tmc1 돌연변이체 단백질로 여러 개의 보수적 아미노산 돌연변이 기반 CmTMC1 점돌연변이 단백질을 구축했다. 체외 리포좀 재구성 및 기능성 실험 결과, 해당 돌연변이체 단백질은 이온통로 활성 결함 또는 기계적 응답 결함을 보유한다.

연구팀은 주로 CmTMC1과 MuTMC2를 연구했지만 CmTMC1과 MuTMC2는 생쥐의 TMC1/2 단백질과 매우 유사한 진화 보수성을 보유하고 있기에 CmTMC1과 MuTMC2에 대한 연구에서 발견한 연구결과는 TMC1/2 단백질에 적용된다. 해당 분야에서 생쥐와 인간은 아주 유사하다. 이는 포유동물의 TMC1/2은 이온통로일 가능성이 매우 높으며 또한 기계적 힘에 응답할 수 있음을 의미할 뿐만 아니라 TMC1/2은 인간의 청력 손상과 밀접한 연관성이 있다.

해당 연구에서 청각 전도 이온통로를 확정함으로써 청각 손상 치료 메커니즘을 심층적으로 탐구하는데 도움이 되고 치료 경험의 축적은 새로운 돌연변이 발견에 도움이 될 전망이다. 연구팀은 신생아 청력 유전적 결함 메커니즘 연구 및 예방, 진단, 치료 등에 관한 지속적인 연구를 수행하고 있다.

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