연구원들이 세포 내부의 폐기물을 청소하는 기계를 재현했습니다.

luismmolina/iStock

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우리 몸에서는 매일 청소 과정이 일어나고 있습니다. 그리스어에서 파생된 이 과정을 자가포식(autophagy)이라고 하며, 이는 스스로 먹는 것을 의미합니다.

면역력과 숙주 방어에 중요한 역할을 합니다. 인체에서 자가섭식은 세포가 분해되어 세포질에 있는 비정상적인 단백질과 오래된 폐기물 거대분자와 소기관을 제거하고 침입하는 미생물을 죽이는 과정입니다.

그런 다음 이 폐기물은 자가포식소체라고 불리는 작은 쓰레기 슈트를 통과하여 리소좀이라고 불리는 세포의 재활용 기계에 저장됩니다. 분해된 생성물은 특히 스트레스나 기아 기간 동안 필수 세포 기능을 위해 재활용됩니다. 적시에 자가포식을 시작하는 것은 스트레스와 기아 상태에서 세포의 생존을 유지하는 데 중요합니다.

어떤 이유로 이 자가포식 과정이 불안정하고 세포에 쓰레기가 쌓인다고 가정해 보세요. 이 경우 신경퇴행성 질환으로 이어질 수 있으며, 어떤 경우에는 암까지 발생할 수 있습니다.

자가포식 과정의 시작에 관한 지식의 근본적인 격차를 이해하기 위해 독일 연구팀은 이 과정에 관련된 모든 단백질을 생산하는 데 수년이 걸렸습니다.

막스 플랑크 연구소의 연구 그룹 리더인 알렉스 파에센(Alex Faesen)은 "단백질 구성요소들은 어떻게 함께 작동합니까? 자가포식 과정은 어떻게 시작되고 중지됩니까? 자가포식소체는 언제 어디서 조립됩니까? 그것이 우리가 알고 싶은 것입니다."라고 말했습니다. 성명서에서 괴팅겐의 종합 과학.

연구팀은 자가포식체가 조립되는 동안 단백질을 직접 관찰했습니다. 표준 접근법은 유전적으로 재프로그램된 박테리아를 사용하는 것입니다. "그러나 박테리아를 이용한 단백질 생산은 우리의 어떤 단백질에도 효과가 없었습니다"라고 Faesen은 말했습니다.

과학자들은 대신 분자 도우미로서 곤충 세포로 전환하면서 획기적인 순간을 맞이했습니다.

다음 단계는 개별 단백질 복합체를 하나로 모으는 것이었습니다. "복합체는 자가포식 개시 복합체인 단백질 초복합체로 자가 조립됩니다. 자가포식은 정교한 세포 나노기계를 포함하며 이는 이전에 생각했던 것과는 상당히 다르게 작동합니다"라고 Faesan은 설명했습니다.

자가포식소체는 신체가 지구력 스포츠와 같은 활동으로 인해 스트레스를 받거나 기아 상태에 있을 때 몇 분 안에 형성됩니다. 현재 Molecular Cell에 발표된 연구의 두 명의 첫 번째 저자 중 한 명인 Anh Nguyen은 "이 시점부터는 되돌릴 수 없습니다. 폐기물 처리 장치가 조립되어 세포 폐기물을 수집합니다."라고 설명합니다.

연구팀이 이 나노머신을 재현했지만, 다른 분자 기계에 존재하는 것처럼 분자 '켜기' 및 '끄기' 스위치와 관련된 몇 가지 풀리지 않는 질문이 여전히 남아 있습니다.

연구자들은 그들의 통찰력이 암과 신경퇴행성 질환의 치료에 기여하고 노화 과정을 지연시킬 수 있기를 바라고 있습니다.

이 연구는 Molecular Cell 저널에 게재되었습니다.

연구 개요:

자가포식은 리소좀 분해를 위한 광범위한 물질을 표적으로 삼는 새로운 이중막 자가포식소체를 생성하는 보존된 세포내 분해 경로입니다. 다세포 유기체에서 자가포식 개시에는 ER과 초기 자가포식소체 사이의 접촉 부위가 적시에 조립되어야 합니다. 여기에서 우리는 ATG13-101 및 ATG9의 핵심 복합체를 기반으로 구축된 전체 길이의 7개 하위 단위 인간 자가포식 개시 초복합체의 시험관 내 재구성을 보고합니다. 이 핵심 복합체를 조립하려면 ATG13과 ATG101이 서로 다른 접힘 사이를 전환하는 드문 능력이 필요합니다. 느린 자발적 변성 전환은 초복합체의 자기 조립 속도를 제한합니다. ATG2-WIPI4와 핵심 복합체의 상호 작용은 막 소포의 테더링을 향상시키고 ATG9 및 ATG13-101에 의한 ATG2의 지질 전달을 가속화합니다. 우리의 연구는 공간과 시간에서 자가포식소체 생합성을 조절하기 위해 ATG13-101의 변태에 의해 부과된 접촉 부위의 분자적 기초와 그 조립 메커니즘을 밝혀냈습니다.