‘블록’처럼 자기조립하는 인공미세소관 개발
김기문 포스텍 연구팀 개가 특이한 구조·기능 가진 신소재 개발 가증 기대
2020-01-14 이예진기자
김기문 포스텍 화학과 교수 연구팀은 최근 호박분자로 알려진 쿠커비투릴이 포함된 주인-손님 복합체가 자기조립해 모양 상보성을 가지는 선형의 고분자 사슬을 형성하고 이 사슬이 다시 자기조립해 속이 빈 미세소관을 형성하는 것을 발견했다.
자기조립이란 각 세포가 서로 생체 신호를 주고받으며 특정 기능을 가진 다른 구조로 만들어 지는 현상을 말한다.
미세소관은 식물과 동물의 세포 내에 존재하며 세포의 골격 유지, 세포의 이동, 세포 내 물질의 이동 등에 필요한 기관이다.
즉 미세소관의 형성과 분해에 문제가 생기면 세포분열과 세포 내 수송과 같은 세포의 필수적인 기능을 수행하지 못하게 된다.
이 미세소관은 나노미터 크기의 원형 튜블린 단백질들이 선형으로 자기조립해 프로토필라멘트를 이루고 더 나아가 여러 가닥의 프로토필라멘트들이 모여 수 마이크로미터의 길이를 갖는 속이 빈 튜브 형태의 구조를 이룬다.
지금까지 미세소관의 계층적 형성 과정을 자세하게 이해하기 위해 다양한 모방연구들이 오래전부터 활발하게 수행됐지만 분자 수준에서의 형성 원리를 자세히 밝히지는 못했다.
미세소관을 만들기 위해 연구팀은 쿠커비투릴 분자와 양 끝에 티올기가 달린 분자의 복합체를 단위체로 사용했다. 이 단위체들 간에 형성되는 이황화 결합을 통해 선형의 일차원 고분자가 생성됐으며 이어서 일차원 고분자들은 상호작용을 거쳐 미세소관과 유사한 속이 빈 튜브를 형성했다.
인공 미세소관의 형성 과정은 여러 분광 장비들로 관찰했으며 생성된 미세소관의 구조는 다양한 현미경 장비들과 포항방사광가속기 X-선 회절 분석을 통해 규명했다.
연구팀은 이 복합체가 자기조립 과정을 통해 선형의 프로토필라멘트를 형성할 때 스스로 단단하게 굳어져 레고 블록과 같이 요철구조를 이루는 것을 발견했다. 또한 특이하게도 형성된 요철구조는 튀어나온 부분이 움푹 들어간 부분과 잘 들어맞아서 프로토필라멘트들이 옆으로 조립되기에 적합하다는 것을 밝혀냈다.
이번 연구로 생체 내에 존재하는 미세소관의 형성 원리를 규명하는 것에 한걸음 더 다가갈 수 있을 뿐만 아니라 분자들이 다단계로 자기조립하는 새로운 원리를 규명해 이를 기반으로 특이한 구조나 기능을 가지는 신소재의 개발이 가증할 것으로 기대를 모으고 있다.