< 연구자 사진 >

림프관은 몸속에 고인 체액을 거두는 ‘배수로’다. 림프관이 부족하거나 제 기능을 못 하면 팔다리가 붓는 림프부종이 생길 수 있고, 종양 주변에 지나치게 늘어나면 암세포가 퍼지는 통로가 될 수 있다. 한국 연구진은 림프관을 만드는 단백질들이 짝을 이룬 뒤 다시 서로 모여 신호를 키운다는 사실을 밝혀냈다. 이 모임을 조절하는 방식이 림프관 생성 신호를 높이거나 낮출 치료 전략을 연구하는 데 단서가 될 것으로 기대된다.

우리 대학은 생명과학과 김호민 교수와 기초과학연구원(IBS·원장 장석복) 이상규 박사 공동 연구팀이 림프관 생성에 관여하는 단백질 ‘VEGF-C’와 그 신호를 받아들이는 수용체 ‘VEGFR-3’의 결합 구조를 규명하고, 이들이 모여 신호를 증폭하는 원리를 확인했다고 2일 밝혔다.

< VEGF-C,VEGFR-3 복합체의 클러스터 형성과 신호 증폭 >

VEGF-C가 세포 표면의 VEGFR-3에 결합하면 수용체가 활성화되고, 림프관의 형성과 기능을 조절하는 신호가 세포 안으로 전달된다. 지금까지는 이 과정에서 VEGFR-3 수용체 두 개가 짝을 이루는 것이 활성화의 핵심 단계로 알려져 있었다. 그러나 그 뒤 신호가 어떻게 더 강해지는지는 충분히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 단백질의 입체적인 모습을 자세히 볼 수 있는 초저온전자현미경으로 VEGF-C와 VEGFR-3가 결합한 구조를 살펴봤다. 그 결과, 수용체 두 개가 짝을 이뤄 만든 복합체들이 다시 옆으로 맞물린 구조를 확인했다. 이는 복합체들이 세포막을 따라 나란히 모이는 새로운 구조적 방식을 보여준다.

쉽게 말해 두 사람이 짝을 이뤄 일을 시작한 뒤, 여러 팀이 모여 힘을 더하는 것과 같다. 연구팀은 실제로 이 모임이 신호를 키우는지도 실험했다. 복합체끼리 맞닿는 부위를 바꾸거나 빛을 이용해 수용체가 모이도록 조절한 결과, 여러 복합체가 모이는 과정이 신호 증폭에 중요하다는 사실을 확인했다.

이번 연구는 림프관 생성 신호를 조절할 새로운 지점을 제시한다. 앞으로 림프관 생성이 부족한 경우에는 신호를 높이고, 종양 주변에 림프관이 과도하게 만들어지는 경우에는 신호를 낮추는 방법을 연구할 수 있다. 다만 이번 연구에서 림프부종 치료나 암 전이 억제 효과를 확인한 것은 아니며, 실제 치료에 적용하려면 추가 연구가 필요하다.

< 초저온전자현미경으로 찾은 림프관 생성 신호의 ‘숨은 증폭 스위치’ >

김호민 교수는 “이번 연구는 림프관 생성 신호를 받는 수용체 두 개가 짝을 이룬 뒤, 이렇게 만들어진 여러 짝이 다시 모여 신호를 더 강하게 만든다는 원리를 밝혀낸 것”이라며 “그동안 보이지 않았던 림프관 생성 신호의 ‘숨은 증폭 스위치’를 찾아낸 만큼, 향후 림프부종과 암 전이 등 관련 질환의 새로운 치료 전략을 세우는 데 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 KAIST 이노코어(InnoCORE) AI-CRED 혁신신약연구단 조령은 박사와 KAIST 생명과학과 안진숙 박사가 공동 제1저자로 참여했다. KAIST 김호민 교수와 IBS 이상규 박사는 공동 교신저자로 연구를 이끌었다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 9월 9일 온라인 게재됐다.

※ 논문명: Structural basis of lymphangiogenic receptor VEGFR-3 activation mediated by distinctive clustering of the ligand–receptor complex, DOI: 10.1002/advs.77728

※ 관련 동영상:
단백질샘플을 초저온 급속 냉동으로 얼리는 Cryo-EM 샘플 준비영상 : https://drive.google.com/file/d/1OGPpkzmZMaWU3oxfswpbcEtt3NzX3n4q/view?usp=drive_link
Cryo-EM 이미지 수집을 위한 그리드 선별과정 영상 : https://drive.google.com/file/d/1Bg6zEPeS9NZDO8zFaj59Fe7L_f8tBWwQ/view?usp=drive_link
KAIST KARA에 구축된 Titan Krios Cryo-EM 장비 : https://drive.google.com/file/d/1c5Wmj44_9taYIW4N_mumg6tT21iOUYNQ/view?usp=drive_link
이번 연구에서 규명된 VEGF-C와 VEGFR-3 복합체 분자 구조 영상 : https://drive.google.com/file/d/198bcFoTb_pv__Ep-MHwcI47G4gv5yisx/view?usp=drive_link

이번 연구는 과학기술정보통신부 이노코어(InnoCORE) 프로그램, 한국연구재단(NRF) 중견연구자지원사업, NEXUS & CELINE 컨소시엄, KAIST 대규모 융합연구소 운영사업, 기초과학연구원 등의 지원을 받아 수행됐다.

출처 : https://researchnews.kaist.ac.kr/researchnews/html/news/?mode=V&mng_no=67810