2차 적외선 분광법을 이용한 물에서의 아밀로이드 단백질의 섬유화 관찰.(IBS 제공)© 뉴스1

기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 연구단장 연구팀이 물에서의 아밀로이드 단백질의 구체적인 섬유화 메커니즘을 분자 수준에서 규명했다.

26일 IBS에 따르면 아밀로이드 단백질의 자가 응집으로 형성되는 매우 정렬된 베타 시트 형태의 섬유는 알츠하이머병과 같은 아밀로이드증을 일으키는 주요 독성 물질로 알려져 있다.

아밀로이드 단백질의 섬유화 과정은 복잡한 구조 변화를 포함하기 때문에 주변 환경의 작은 변화에도 민감하게 영향을 받는다.

따라서 다양한 분석 방법을 이용해 주변 환경의 변화에 따른 아밀로이드 단백질의 구조 변화 연구가 이뤄지고 있다.

문제는 그 중 가장 많이 사용되는 핵자기공명(NMR)과 적외선(IR) 분광법에서는 물(H₂O)이 아닌 화학적으로 동일한 성질을 나타낸다고 알려진 중수(D₂O·중수소로 치환된 액체)를 사용한다는 것이다.

연구진은 인슐린을 사용해 물과 중수에서 인슐린의 섬유화 속도가 현저히 다르게 나타나는 것을 확인했다.

즉 단백질의 섬유화 과정을 물에서 관찰해야 한다는 것이다.

이에 연구진은 2차 적외선(2D-IR) 분광법이라는 첨단 분광 기술을 이용해 기존의 적외선 분광법에서 불가능했던 물에서의 아밀로이드 단백질의 섬유화 과정을 추적했다.

연구진은 2차 적외선 분광법과 더불어 다양한 생물 물리학 분석을 사용하여 섬유화 초기 단계에서 물과 중수에서 인슐린의 섬유화 경로가 달라지는 것을 관찰했다.

특히 고해상도의 2차 적외선 분광법 결과를 통해 섬유화의 핵 형성 단계가 시작될 때 중수에서 인슐린의 이량체 형성이 향상돼 물보다 중수에서 구조적 변화가 지연됨을 밝혀냈다.

조민행 단장은 “화학적으로 동일하다고 알려진 물과 중수가 생체 환경 내에서는 섬유화에 다른 역할을 하는 이유를 2차원 적외선 분광법으로 관찰한 사례”라며 “이는 물에서의 단백질 연구가 중요하다는 것을 밝혀낸 사례”라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 왕립화학회(RSC)에서 발행하는 국제학술지 ‘Chemical Science’ 온라인판에 최근 게재됐다.