과학자들이 세포핵을 조절하는 분자 '여권'을 발견하다

페삭 벤슨 기자 • 2025년 10월 22일

예루살렘, 2025년 10월 22일 (TPS-IL) — 히브리 대학은 인간 세포 내의 작은 문이 세포 핵으로 들어오고 나가는 것을 제어하는 방식을 이스라엘과 미국 과학자들이 발견했으며, 이는 연구자들을 오랫동안 당황하게 했던 미스터리를 해결하고 암, 알츠하이머병, ALS에 새로운 빛을 비출 수 있다고 발표했습니다.

히브리 대학, 샌프란시스코 캘리포니아 대학교 양자 생명 과학 연구소(QBI), 록펠러 대학교, 앨버트 아인슈타인 의과 대학의 국제 연구팀은 이 문들이 유연한 단백질 네트워크와 특수한 분자 “여권”을 사용하여 분자를 빠르고 정확하게 이동시킨다는 것을 발견했습니다.

핵공 복합체(NPC)라고 불리는 이 문들은 세포 핵의 모든 출입을 제어하는 미세 구조로, 각각 인간 머리카락 굵기의 500분의 1 정도 크기입니다.

연구의 주저자인 히브리 대학의 바라크 라베 박사는 이스라엘 언론 서비스(The Press Service of Israel)에 “우리의 모델은 현재 기술로는 직접 관찰하기에는 너무 작고 너무 빠른 것을 위한 ‘가상 현미경’ 역할을 합니다. 여러 독립적인 실험을 종합하고 컴퓨터 시뮬레이션을 실행함으로써, 우리는 이 문이 순간순간 어떻게 작동하는지 컴퓨터로 마침내 볼 수 있습니다.”라고 말했습니다.

라베 박사는 “NPC를 작고 매우 정교한 보안 검색대로 생각하십시오. 각각은 매우 작지만, 매분 수백만 개의 분자를 통과시키면서도 잘못된 분자는 놀라운 정확성으로 걸러냅니다.”라고 설명했습니다.

수십 년 동안 과학자들은 NPC가 어떻게 빠르면서도 선택적일 수 있는지 이해하지 못했습니다. 그 작은 크기 때문에 직접 관찰하는 것은 거의 불가능했습니다. 이전 모델들은 단단한 문이나 스펀지 같은 체를 상상했지만, NPC가 어떻게 큰 분자도 통과시키면서도 매우 선택적일 수 있는지 설명하지 못했습니다.

새로운 모델은 실험 데이터와 컴퓨터 시뮬레이션을 결합하여 밀리초 단위의 분자 수준에서 무슨 일이 일어나는지 보여줍니다. NPC 내부에는 FG 반복이라고 불리는 단백질 사슬로 이루어진 빽빽하고 끊임없이 움직이는 “숲”이 있습니다. 이 사슬들은 호위받지 않는 분자를 자연스럽게 차단하면서 작은 분자는 통과시키는 혼잡한 환경을 만듭니다.

큰 화물 분자는 핵 수송 수용체, 즉 FG 사슬과 잠시 상호 작용하여 화물을 통과시키는 분자 “여권”을 동반하는 경우에도 통과할 수 있습니다.

록펠러 대학교의 마이클 라우트 교수는 “이 FG 반복 사슬들은 항상 움직이기 때문에 혼잡하고 불안정한 환경을 만듭니다. 수송은 다리를 건너는 끊임없이 변화하는 춤과 같습니다. 올바른 파트너, 즉 수용체를 가진 사람들만이 통과할 수 있습니다. 그들이 없으면 다른 사람들은 되돌아갑니다.”라고 말했습니다.

이 모델은 NPC가 어떻게 거대한 분자 복합체는 통과시키면서 더 작은 분자는 걸러낼 수 있는지에 대한 오랜 퍼즐을 해결합니다. QBI의 안드레이 살리 교수는 “우리의 모델은 NPC가 어떻게 이 놀라운 선택성을 달성하는지에 대한 최초의 명확한 설명을 제공합니다. 이는 의학과 생명 공학에 새로운 가능성을 열어줍니다.”라고 말했습니다.

앨버트 아인슈타인 의과 대학의 데이비드 코우번 교수는 이번 발견이 “ALS, 알츠하이머병, 암을 포함한 핵 수송 기능 장애 질병을 이해하는 데 즉각적인 영향을 미친다”고 말했습니다.

이 발견은 또한 실용적인 응용 가능성을 가질 수 있습니다. 과학자들은 이 지식을 사용하여 세포 내 분자 이동을 제어하는 약물을 설계하거나 NPC를 모방하는 합성 나노 기공을 만들어 핵으로 직접 치료제를 전달할 수 있습니다. 이러한 시스템은 또한 고도로 정확하게 분자를 감지하거나 분석하는 데 사용되는 실험실 테스트 및 장치를 개선할 수 있습니다.

이 모델은 이전에 보지 못했던 수송 행동을 정확하게 예측했으며, 수용체와 FG 사슬 간의 일시적인 상호 작용이 시스템을 매우 효율적으로 만든다는 것을 보여주었습니다. 내장된 중복성은 NPC가 스트레스 하에서도 안정적으로 유지되도록 보장하여 이 시스템이 진화에서 왜 그렇게 성공적이었는지 설명하는 데 도움이 됩니다.

이 연구 결과는 동료 검토를 거친 미국 국립 과학원 회보(PNAS)에 게재되었습니다.