【브레이크뉴스 대구】이성현 기자=DGIST(총장 국양) 뇌·인지과학전공 서병창 교수 연구팀은 염소이온이 이동하는 통로인 ‘TMEM16A’의 활성을 조절하는 요인과 관련된 연구를 통해 관련 원리를 전기생리학 기법과 구조 분석을 통해 규명했다고 15일 밝혔다.

▲ 뇌‧인지과학전공 서병창 교수(우), 고우리 석·박사통합과정생(좌)  © DGIST

향후 여러 질병 치료와 관련된 인간의 생리학적 현상을 좀 더 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

‘TMEM16A’은 칼슘의 농도가 높아지면 활성화되는 칼슘의존성 염소이온이 이동하는 통로로, 다양한 세포 속에서 평활근 수축, 위장의 연동운동, 상피세포에서의 수분 분비 등 여러 생리학적 현상과 관련해 중요한 역할을 수행한다고 알려져 있다.

이에 TMEM16A와 관련된 여러 연구가 진행됐지만, 세포의 세포벽을 구성하는 ‘세포막 인지질’이 TMEM16A의 활성화에 어떠한 역할을 수행하고, 이 때 어떠한 경로로 통로가 활성화되는지에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.

따라서 서병창 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 세포막 인지질 중 하나인 PIP2가 TMEM16A 단백질의 인산화 작용에 어떤 영향을 주는지에 대해서 원리를 분자적 수준에서 규명하고자 했다. 먼저, 연구팀은 선택적 스플라이싱(Alternative Splicing)을 통해 만든 TMEM16A의 변이 모델 두 종류를 이용, PIP2와의 관련성을 확인 및 비교했다.  

그 결과, 두 변이 모델이 각각 PIP2와의 결합정도에 따라 TMEM16A의 인산화 정도에 차이를 보이고, 더 나아가 활성도에도 영향을 주는 것을 발견했다. 또한, 연구팀은 세포내에 ATP의 농도도 TMEM16A가 활성화되는데 큰 영향을 준다는 것을 함께 발견했다.

이번 연구결과는 여러 생리학적 현상들에서 중요한 역할을 수행하는 TMEM16A 활성화의 원리를 규명한 연구로, 향후 암, 낭포성섬유증 등 신경병증성 통증과 같은 질병 치료에 중요한 단초를 제시할 것으로 기대된다. 또한, TMEM16A이 활성화되는 원리를 이해하는데 중요한 기틀을 제시해, 세포막에서 비슷하게 작용하는 다른 세포막 단백질의 연구에도 큰 도움을 줄 것으로 보인다.

뇌‧인지과학전공 서병창 교수는 “이번 연구의 차별점은 TMEM16A 변이 모델마다 PIP2 민감도가 다르게 나타난다는 사실을 규명한 것이다”며 “향후 TMEM16A의 활성 조절연구를 더 진행해 관련된 질병 치료 약물 개발에 도움을 진행했으면 한다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Sciences USA)’ 온라인판에 11월 16일 게재됐다. 연구에는 DGIST 뇌·인지과학전공 서병창 교수가 교신저자로 참여했으며, DGIST 뇌·인지과학전공 고우리 석·박사통합과정생과 美 워싱턴대학 소속 정승령 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 DGIST Professor Byung-Chang Seo's research team uncovers the principle of activation of genes that will provide a hint for disease treatment

[Break News Daegu] Reporter Seong-Hyeon Lee = DGIST (President Yang Kook) Brain and Cognitive Science Professor Byung-Chang Suh's research team studied the factors that regulate the activity of'TMEM16A', a channel through which chlorine ions travel. It was revealed on the 15th that it was identified through structural analysis.

It is expected to be of great help in understanding the physiological phenomena of humans related to the treatment of various diseases in the future.

'TMEM16A' is a pathway through which calcium-dependent chloride ions, which are activated when the concentration of calcium increases, moves, and plays an important role in various physiological phenomena such as smooth muscle contraction in various cells, gastrointestinal peristalsis, and water secretion from epithelial cells. It is known to perform.

Accordingly, several studies related to TMEM16A have been conducted, but it is not clear what role the'cell membrane phospholipids' constituting the cell wall of cells play in the activation of TMEM16A, and by which pathway is activated at this time.

Therefore, through this research, Prof. Byeong-Chang Seo's research team tried to investigate the principle of how PIP2, one of the cell membrane phospholipids, affects the phosphorylation of TMEM16A protein. First, the research team confirmed and compared the relationship with PIP2 by using two types of mutation models of TMEM16A created through alternative splicing.

As a result, it was found that the two mutation models showed a difference in the degree of phosphorylation of TMEM16A according to the degree of binding to PIP2, and further influenced the activity. In addition, the research team also found that the concentration of ATP in the cell has a great influence on the activation of TMEM16A.

This research result is a study that clarifies the principle of activation of TMEM16A, which plays an important role in various physiological phenomena, and is expected to present an important step in the treatment of diseases such as neuropathic pain such as cancer and cystic fibrosis in the future. In addition, it presents an important basis for understanding the principle that TMEM16A is activated, and it is expected to be of great help in the study of other cell membrane proteins that act similarly in cell membranes.

Professor Seo Byung-Chang of the Department of Brain and Cognitive Science said, “The difference of this study is that the PIP2 sensitivity is different for each TMEM16A mutation model.” “In the future, we will further develop TMEM16A activity regulation studies to help develop related disease treatment drugs. I hope you do it.”

Meanwhile, the results of this study were published on November 16 in the online edition of the world-renowned journal "Proceedings of National Academy of Sciences USA (PNAS)." DGIST Brain and Cognitive Science Professor Seo Byung-Chang participated as the corresponding author, and DGIST Brain and Cognitive Science major Ko Woo-ri, an integrated master's and doctoral student, and Dr. Seung-ryeong Jeong from the University of Washington, participated as co-first authors.