대구경북과학기술원(DGIST·총장 신성철)는 뇌·인지과학전공 서병창 교수 연구팀이 칼슘채널의 활성 조절 메커니즘을 발견하고 그 작용 원리를 규명하는데 성공했다고 13일 발표했다.

신경과 근육 세포 내에 존재하는 칼슘이온은 신경세포를 활성화하고 신경전달물질 분비, 근육 수축작용 등에 필수적인 물질이다.

칼슘이온을 세포 내로 수송하는 칼슘채널 활성 메커니즘과 관련해 국내외적으로 시냅스 신호전달, 고혈압, 간질, 학습과 기억, 효소 활성화 조절 등을 목적으로 다양한 연구가 진행되어 왔지만 아직까지 칼슘채널 활성 메커니즘의 작용 원리와 역할에 대해 명확하게 밝혀지지 않았다.

서 교수 연구팀은 칼슘채널의 복합체를 구성하며 칼슘채널의 개폐를 조절하는데 중요한 역할을 담당하고 있는 칼슘채널 베타2e(β2e) 단위체의 작용 원리를 분자적 수준에서 규명했다.

칼슘채널의 베타2e 단위체는 평소 세포막과 결합돼 있어 칼슘채널의 활성을 증가시킨다. 하지만 세포 내로 칼슘이 유입되면 세포막에서 떨어져나가 칼슘채널이 빠른 속도로 비활성화되도록 유도해 지나치게 많은 양의 칼슘 유입을 차단한다는 사실을 밝혔다.

이는 칼슘채널 단백질 그 자체가 피드백으로 작용해 스스로 칼슘채널의 활성을 조절할 수 있다는 사실을 증명한 것이다.

또 칼슘이 다른 세포 내 단백질과 결합하는 것이 아니라 칼슘이온이 직접 세포막의 인지질과 결합함으로써 칼슘채널의 베타2e 단위체가 세포막에 결합하는 것을 방해해 칼슘채널 활성을 억제한다는 사실도 발견했다.

세포 내 칼슘이온이 직접적으로 칼슘채널의 활성을 조절할 수 있다는 새로운 메커니즘을 밝힘과 동시에 전압의존성 칼슘채널이 신경전달물질이나 호르몬과 같은 화학적 자극에 의해 조절될 수 있다는 사실을 의미한다. 칼슘채널 작용 원리를 새롭게 규명한 것이다.

이번 연구 결과는 향후 칼슘채널의 작용 기전을 이해하고 칼슘채널 조절물질을 찾거나 세포막에서 비슷하게 작용하는 다른 세포막 단백질 연구에도 영향을 미칠 것으로 기대된다. 특히 만성통증, 고혈압 조절 및 치료 물질 개발에 단초를 제공할 것으로 보인다.

서병창 교수는 “칼슘채널의 활성 조절 메커니즘은 신경세포의 기본적 기능을 파악하는데 중요하며 지금까지 알려져 있지 않았던 작용 원리를 규명한 것이 이번 연구의 의의”라며 “선천적, 후천적 혹은 퇴행성 뇌질환, 고혈압, 간질 등을 치료할 수 있는 새로운 약물 개발로 이어질 수 있도록 후속 연구를 진행하겠다”고 말했다.

이번 연구 성과는 지난 6일 국제 학술지 사이언스의 자매지 '사이언스 시그널링(Science Signaling)' 온라인판에 게재됐다.

대구=김덕용 기자 sv101@kukinews.com