Heterotypic Condensate Formation by Prion Proteins and Pro-Inflammatory S100A9
이 연구는 염증 유발 단백질인 S100A9가 이종 액체-액체 상분리 응축체를 형성함으로써 프리온 단백질의 응집을 촉진하며, 이것이 고농도 분자 혼잡 조건 하에서 아밀로이드 구조의 형성을 가속화한다는 것을 입증한다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 동료 심사를 거치지 않은 프리프린트의 AI 생성 설명입니다. 의학적 조언이 아닙니다. 이 내용을 바탕으로 건강 관련 결정을 내리지 마세요. 전체 면책 조항 읽기
모든 살아있는 세포 내부에는 단백질이 움직이고, 접히고, 상호작용하며 생명을 유지하기 위해 끊임없이 분주하게 활동하는 과정이 존재합니다. 때때로 이 단백질들은 특정 지점에 모여, 마치 물속의 기름 방울처럼 둘러싸고 있는 막 없이 자유롭게 떠다니는 액적(droplets)을 형성합니다. 과학자들은 이 과정을 액체-액체 상분리(liquid-liquid phase separation)라고 부릅니다. 이러한 자연스러운 현상은 세포 내 작업을 조직화하는 데 도움을 주지만, 이 액적들이 너무 안정해지거나 고체 형태의 끈적한 덩어리로 변할 때 문제가 발생할 수 있습니다. 이 액체 방울이 고체 질량으로 변하는 전이는 알츠하이머와 파킨슨병을 포함한 여러 치명적인 뇌 질환의 특징이며, 이 질환들에서는 단백질이 잘못 접혀 아밀로이드라고 알려진 해로운 구조체로 축적됩니다. 수년 동안 연구자들은 단일 유형의 단백질이 어떻게 이러한 문제를 일으키는지에 집중해 왔으나, 서로 다른 단백질들이 이 액적 내부에서 함께 섞이면서 우리가 이제 겨우 이해하기 시작한 방식으로 손상을 가속화할 수 있다는 증거가 점점 늘어나고 있습니다.
최국 리투아니아 빌뉴스 대학교의 연구팀은 혹독한 실험실 조건 하에서 상호작용하는 것이 관찰되었던 특정 쌍을 최근 조사했습니다. 바로 프리온 질환의 핵심인 프리온 단백질과 염증에 관여하는 단백질인 S100A9입니다. 그들은 이 두 단백질이 더 자연스러운 환경에서도 함께 혼합 액적을 형성할 수 있는지, 만약 그렇다면 이 혼합물이 해로운 덩어리 형성에 어떤 영향을 미치는지 알고 싶었습니다. 이를 테스트하기 위해, 연구진은 세포 내부의 조밀한 조건을 모사하기 위해 폴리에틸렌 글리콜이라는 물질을 사용하여 복잡한 실험실 환경을 조성했습니다. 그들은 두 단백질을 함께 섞은 후, 이들이 액체 액적으로 분리되는지, 그리고 그 액적들이 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지를 면밀히 관찰했습니다.
연구진은 인체 내부 환경에 더 가까운 중성 조건에서 프리온 단백질과 S10 S100A9가 실제로 혼합 액적을 형성한다는 것을 발견했습니다. 두 단백질이 함께 존재할 때, 단독으로 있을 때보다 훨씬 더 많은 수의 액적이 생성되었습니다. S100A9를 추적하기 위해 형광 태그를 사용한 결과, 연구팀은 이 염증 단백질이 프리온 단백질에 의해 형성된 액적에 통합되는 것을 관찰했습니다. 그러나 이 혼합물은 균일하지 않았습니다. 어떤 액적은 프리온 단백질만 포함하고 있었고, 어떤 액적은 두 단백질이 결합되어 있었습니다. 이는 염증 단백질의 존재가 프리온 단백질이 이러한 액체 클러스터로 모이도록 적극적으로 유도한다는 것을 시사합니다.
그다음에 일어난 일은 아마도 가장 중요한 발견이었을 것입니다. 프리온 단백질 단독으로는 이러한 특정 밀집 조건에서 섬유상 구조를 형성할 수 있었지만, S100A9의 존재는 훨씬 더 안정적이고 풍부한 응집체 형성을 유도했습니다. 표준 실험실 설정에서 과학자들은 흔히 프리온 단백질을 뭉치게 만들기 위해 강력한 화학적 변성제를 사용해야 합니다. 그러나 여기에서 연구진은 단지 S100A9의 존재만으로도 프리온 단백질이 그러한 가혹한 화학 물질 없이 안정적인 고체 응집체를 형성할 수 있음을 발견했으며, 이 혼합 응집체는 프리온 단백질 단독으로 형성된 것보다 분해에 대한 저항성이 더 강했습니다. 연구팀은 이 덩어리들의 내부 구조를 측정하였고, 그것들이 신경 퇴행성 질환에서 나타나는 딱딱하고 해로운 섬유의 특징인 베타-시트(beta-sheets) 구조가 풍부하다는 것을 발견했습니다.
이 연구는 염증 단백질인 S100A9가 프리온 질환의 초기 단계에서 이전에 과소평가되었던 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 혼합 액적 형성을 도움으로써, S100A9는 프리온 단백질이 뭉치는 장벽을 낮추어, 결과적으로 고체의 질병 유발 응집체로 이어지는 과정을 촉발하는 효과를 내는 것으로 보입니다. 연구진은 인체 내 뇌와 척수액에 두 단백질이 모두 존재한다는 점에서, 이러한 상호작용이 이러한 질환이 시작되고 진행되는 핵심 요인이 될 수 있다고 제안합니다. 비록 이 연구가 시험관 내에서 수행되었지만, 이 결과는 염증과 단백질 오접힘이 어떻게 함께 작용하여 신경 퇴행을 유도하는지에 대한 새로운 경로를 제시하며, 왜 이러한 질병을 멈추기가 그토록 어려운지에 대한 새로운 관점을 제공합니다.
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