인간의 노화 과정을 탐구하는 과학자들은 100여 년 전에 발견된 최초의 세포소기관 중 하나임에도 불구하고 많은 관심을 받지 못한 세포 구조에서 제대로 연구되지 않은 단백질인 새로운 경쟁자를 발견했습니다.
골지체 및 골지 복합체라고도 알려진 골지체는 접힌 반죽 시트나 설탕 코팅 층과 같이 이상하게 생긴 소기관입니다. 그러나 이는 복잡한 식물 및 동물 세포에서 단백질과 지질을 세포의 다른 부분으로 운반하거나 분비하기 전에 처리하고 포장하는 데 중요한 역할을 합니다.
1898년에 신경계를 연구하던 이탈리아의 생물학자 카밀로 골지(Camillo Golgi)는 이 세포소기관을 발견하고 놀랐습니다. 따라서 캘리포니아 대학교 리버사이드(UCR)의 과학자들은 식물 스트레스 요인을 연구하는 동안 이 세포 소기관의 특별한 측면을 우연히 발견했습니다. 이는 세포 수명을 보호하는 데 큰 잠재력이 있다는 것입니다.
UCLA 분자생화학과 교수이자 연구 공동 저자인 케이티 데헤쉬(Katie Dehesh)는 “우리에게 이번 발견은 엄청난 것”이라고 말했다. "처음으로 우리는 이전에 노화 과정에 관여하지 않았던 세포 소기관의 심오한 중요성을 확인했습니다."
연구자들은 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 식물 세포가 감염 및 불충분한 빛과 같은 스트레스 요인에 대한 반응을 어떻게 제어하는지 연구하는 동안 골지체와 그 안에 있는 주요 단백질이 외부 스트레스에 직면했을 때 세포 생존에 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했습니다.
보존된 올리고머 골지(COG) 단백질은 골지가 당(탄수화물)을 다른 단백질과 지질에 부착한 다음 이러한 패키지를 다른 단백질과 지질로 옮기는 데 도움을 줍니다. 글리코실화 과정은 세포 기능과 단백질 접힘 및 적응성 면역 반응 기능과 같은 많은 생물학적 과정에 중요합니다.
"골지체는 세포의 우체국과 같습니다"라고 UCLA 식물학 및 식물과학과 연구원인 주저자 최희승 씨는 말했습니다. "그들은 단백질과 지질을 포장하여 필요한 곳으로 보냅니다. 골지체 손상은 세포 활동에 혼란과 문제를 야기하여 세포가 작동하고 건강을 유지하는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다." 연구자들은 COG 단백질을 세포 주위에 다른 분자를 운반하는 소포 '봉투'의 움직임을 감독하는 우체부에 비유했습니다.
COG의 경우, 연구진은 식물이 자연적으로 단백질을 생산할 수 없도록 조작했습니다. 이 식물은 최적의 조건에서 정상적으로 자라지만 일단 빛을 잃으면 빠르게 쇠퇴하고 햇빛을 설탕으로 전환할 수 없습니다. 실제로 COG가 없는 식물은 동일한 빛이 부족한 조건에서 변형되지 않은 표본보다 3배 더 빨리 시들고, 황변되고, 죽었습니다.
“어두운 곳에서 COG 돌연변이는 9일 째쯤 야생의 변형되지 않은 식물에서 일반적으로 나타나는 노화의 징후를 보였습니다.”라고 최 씨는 말했습니다. "그러나 돌연변이에서는 이러한 징후가 단 3일 만에 나타났습니다."
그러나 식물의 COG 생성 능력이 회복되자 증상이 사라지고 "정상" 표본과 유사해졌습니다. Dehesh는 “일단 돌연변이를 역전시키면 아무 일도 일어나지 않은 것과 같습니다.”라고 말했습니다.
이러한 반응은 스트레스 관리에서 COG 단백질과 정상적인 골지체 기능의 중요성을 강조합니다.
이것이 우리와 무슨 관련이 있습니까? 식물 세포는 동물 세포와 분명히 다르지만 우리의 모든 복잡한 진핵 세포에는 골지체 "우체국"이 있습니다.
이전 연구에서는 8개의 COG 단백질 하위 단위로 구성된 인간 COG 복합체의 기능 장애가 글리코실화, 단백질 분류 및 골지체의 전반적인 작동과 같은 주요 생물학적 기능에 심각한 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. 골지 글리코실화 기능 장애 및 조절 장애는 또한 암세포 증식 및 질병 진행과 관련이 있습니다.
연구자들은 이제 인간 세포에서 이 경로의 파괴가 미치는 영향과 노화 및 스트레스의 영향과의 잠재적 연관성을 연구할 계획입니다. 잠재적인 표적 치료법은 세포 건강을 강화하고 조기 노화로 이어질 수 있는 스트레스 요인을 방어할 수 있습니다.
“우리의 연구는 식물이 어떻게 노화되는지에 대한 이해를 향상시킬 뿐만 아니라 인간의 노화에 대한 중요한 단서를 제공합니다.”라고 Dehesh는 말했습니다. "COG 단백질 복합체가 제대로 작동하지 않으면 식물에서 볼 수 있듯이 세포가 더 빨리 노화될 수 있습니다. 이 획기적인 발전은 노화 및 노화 관련 질병 연구에 심오한 영향을 미칠 수 있습니다."
이 연구는 Nature Plants 저널에 게재되었습니다.