열받은 세포를 돕는 유비퀴틴

Science 같은 저널에서 한국인 제1저자를 보게 되면 기쁜 마음이 드는 건 어쩔 수 없나 보다. 권영대(St. Jude Children's Research Hospital) 저자와 동료들이 발표한 논문은 세포가 열 스트레스를 받은 후 회복하는 과정에 관한 것이다. 관련 연구가 Maxwell et al. 에 의해 같은 저널 동일 호에 실렸다.

단백질은 복잡하게 접힌 아미노산 사슬이다. 단백질이 열을 받으면 잘못된 모양으로 접히게 되고, 세포는 이를 두 방법으로 해결한다. 샤페론(HSP70 등)으로 원래대로 접으려 시도하거나, 분해시켜 버린다. 분해될 단백질은 유비퀴틴*으로 표시된 다음 프로테아좀*이 갈아버린다 (*도 당연히 단백질이다).

세포가 열 등의 스트레스를 받으면 stress granules라는 단백질-RNA 덩어리가 생기는데, G3BP1은 이 덩어리의 뼈대가 되는 단백질이다. 특히 열 스트레스에 의한 granule은 유비퀴틴화 DRiPs(새롭게 합성된 단백질이 잘못 접힌 것)를 포함한다. Maxwell 등은 G3BP1이 열 스트레스에서만 유비퀴틴화됨을 밝혔다. 권영대 등은 G3BP1과 유비퀴틴이 세포 속 비슷한 지역에 위치함을 밝혔고, 또한 유비퀴틴이 붙기 어렵도록 변형된 G3BP1은 heat stress granules의 분해에 악영향을 줌을 밝혔다.

VCP는 유비퀴틴화 단백질을 펴는 역할을 하는데, 선행연구에서 stress granules 속 DRiPs를 빼내는 데 작용한다고 알려져 있었다 (HSP70도 이를 도운다). 권영대와 연구진들은 VCP가 stress granules의 G3BP1을 분리하는 데에도 작용함을 알아냈다. G3BP1의 분리는 granule의 분해를 촉진하는 것으로 보인다.

stress granules의 분해는 ALS(루게릭병), FTLD(알츠하이머와 함께 흔한 치매), 일부 근육질환 등 퇴행성 질환과 연관되어 있다. 이번 연구들은 열 손상에서 G3BP1의 유비퀴틴화와 VCP의 추가 기전을 밝혔고, G3BP1이 (아마도 DRiPs와의 작용으로) 변성되어 유비퀴틴화될 가능성을 보여준다. 앞으로의 추가 연구들은 단백질 접힘과 관련된 여러 질환을 치료하는 데 도움을 줄 것이다.

<References>
1) Maxwell, B. A. et al. Science 372, eabc3593 (2021).
2) Gwon, Y. et al. Science 372, eabf6548 (2021).
3) Buchan, J. R., Kolaitis, R.-M., Taylor, J. P. & Parker, R. Cell 153, 1461–1474 (2013).
4) Wolozin, B., Ivanov, P. Nat Rev Neurosci 20, 649–666 (2019).
5) https://doi.org/10.1038/d41586-021-02197-z