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비대칭성은 생물학의 모든 분야에서 매우 중요한 역할을 담당한다. 예를 들어 DNA의 나선이나, 심장의 위치, 왼손잡이 또는 오른손잡이 등이 이를 의미한다. 프랑스국립과학연구센터(CNRS), 프랑스국립의학연구(Inserm), Universite COte d' Azur, University of Pennsylvania 국제공동생물학연구팀은 최근 연구를 통해, 단일 단백질이 어떻게 다른 분자들에서 나선 운동(spiral motion)을 유도하는 지 밝혀냈다. 연구결과에 따르면, 도미노 효과를 통해 세포, 기관 및 전신이 비틀어져서 한쪽으로 치우친 움직임을 유발한다. 본 연구는 2018년 11월 23일자 Science저널에 게재되었다. DNA의 이중나선, 줄기세포의 비대칭, 인간의 심장 위치 등 생물학 분야에는 근본적인 비대칭이 존재한다. 그러나 이러한 비대칭은 어떻게 생겨났으며 어떻게 연결되어 있을까. StEphane Noselli 박사가 이끄는 연구팀은 지난 몇 년 간 좌우비대칭 연구를 수행해 이러한 수수께끼를 해결하는데 성공했다. 생물학자들은 학계에서 선호되는 모델 유기체(Model Organism) 중 하나인 초파리(Drosophila)에서 좌우비대칭을 통제하는 첫번째 유전자를 발견했다. 연구팀은 이 유전자가 척추동물에서도 동일한 역할을 수행한다는 것을 밝혀냈는데, 이 유전자가 생산하는 단백질인 Myonsin 1D는 장기의 코일 또는 순환이 동일한 방향으로 이루어지도록 유도한다. 연구팀은 초파리의 호흡기관 등 일반적으로 대칭구조를 띈 기관 내에서 Myosin 1D 생산을 유도했다. 그 결과, 놀랍게도 대부분의 영역에서 비대칭이 발생했는데, 예를 들어 세포 변형, 기도 코일(coiling), 신체 뒤틀림(twisting), 초파리 유충의 나선형 이동 행동 등이 관찰되었다. 더욱이, 이러한 비대칭성은 항상 동일한 방향으로 이루어졌다. 이러한 캐스케이드 효과의 기원을 밝히기 위해, 연구팀은 University of Pennsylvania의 생화학자들과 함께 추가연구를 수행했다. 연구팀은 유리 커버슬립 위에서 Myosin 1D와 액틴(actin)이라고 불리우는 cytoskeleton(세포척추)을 접촉시켰다. 이 실험에서 연구팀은 두 단백질 사이의 상호작용이 액틴을 나선형으로 만드는 현상을 관찰할 수 있었다. 초파리 및 척추동물의 좌우비대칭성에 대한 역할 외에도 Myosin 1D는 분자수준에서부터 시작해 세포, 조직, 행동 수준에 이르기까지 모든 영역에서 비대칭을 야기하는 독특한 단백질인 것으로 보인다. 이 같은 결과는 진화과정에서 돌연 새로운 형태학적 특징이 나타나는 메커니즘에 대한 시사점을 제공한다. 즉, Myosin 1D만으로도 모든 수준에서 발생하는 비대칭에 대한 설명이 가능하므로 Myosin 1D는 진화과정에 필요한 모든 특성을 보유하고 있는 것으로 사료된다. |
