POSTECH(포항공과대학교) 생명과학과 조윤제 교수 연구팀이 경희대 응용화학과 김광표 교수 연구팀, 미국 서던 캘리포니아대(USC) 브셰볼로드 카트리치(Vsevolod Katritch) 교수 연구팀, 영국 옥스포드대(University of Oxford) 캐롤 로빈슨(Carol V. Robinson) 교수와의 공동 연구를 통해 청각과 관련된 특정 수용체 단백질 구조와 메커니즘을 밝히는 데 성공했다. 이 연구는 구조 생물학 분야 국제 학술지인 ‘네이처 구조&분자 생물학(Nature Structural&Molecular Biology)’ 온라인판에 최근 게재됐다.

귀의 안쪽에는 소리를 감지하는 달팽이관과 평형감각을 담당하는 전정기관이 있고, 이곳의 세포들은 ‘GPR156’이라는 수용체 단백질(GPCR1))을 갖고 있다. 이 단백질이 활성화되면 세포 내 G단백질과 결합해 신호를 전달하는데, GPR156은 다른 수용체와 달리 특별한 자극이 없어도 항상 높은 활성을 유지하며, 청각과 평형 기능 유지에 큰 역할을 하고 있다. 선천적으로 청각 장애가 있는 환자들을 치료하기 위해서는 이 단백질의 구조와 작용 메커니즘을 알아야 한다.

이번 연구에서 연구팀은 초저온전자현미경(Cryo-EM) 분석법을 사용해 GPR156과 GPR156-G단백질 결합 복합체를 고해상도로 관찰하고, 수용체를 활성화하는 작용제 없이도 GPR156이 높은 활성을 유지할 수 있는 원인을 찾는 데 성공했다.

연구팀은 GPR156이 세포막에 풍부한 인지질과 결합해 활성화됨을 확인했으며, 세포질에 있는 G단백질과의 상호작용을 통해 자체적으로 구조를 변형해 높은 활성을 유지한다는 사실도 밝혀냈다. 특히, 기존에 알려진 GPCR들과는 달리 GPR156은 세포막을 통과하는 7번째 힐릭스(helix) 말단 부분의 구조를 유연하게 바꾸며 G단백질과의 결합을 유도했고, 이를 통해 신호를 활성화함으로써 소리를 감지하는 데 도움을 주었다. 그동안 베일에 가려져 있던 GPR156의 구조와 활성 메커니즘을 드디어 밝혀낸 것이다.

POSTECH 조윤제 교수는 “선천적으로 난청과 균형 감각 기능에 장애가 있는 환자들이 많다”며, “이들을 위한 획기적인 치료법과 약물 개발에 이번 연구가 큰 도움이 되길 바란다”는 기대를 전했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.