조선대학교(총장 김춘성)는 홍찬식 의과대학 생리학교실 교수가 공동 제1저자로 참여한 연구팀이 인체의 차가움 감각에 관여하는 냉감 수용체 'TRPM8'의 활성화 구조와 작동 원리를 규명했다고 25일 밝혔다.
이번 연구는 이형호 서울대학교 화학부 교수 연구팀과 공동으로 수행했다. 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.
연구팀은 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 이용한 구조 분석과 전기생리학 실험을 결합해 TRPM8이 자극을 받아 활성화되는 과정을 분자 수준에서 확인했다.
TRPM8은 주로 15~28℃ 정도의 차가운 온도와 멘톨 등에 반응하는 이온채널이다. 민트나 박하, 치약 등에서 시원함을 느끼는 것도 멘톨이 TRPM8을 활성화하기 때문이다. 특히 TRPM8은 통증 조절에도 관여해 비마약성 진통제 개발을 위한 주요 연구 대상으로 주목받고 있다.
연구팀은 지금까지 알려지지 않았던, PIP2가 결합하면 TRPM8을 이루는 네 개의 소단위체가 일시적으로 두 개씩 짝을 이루는 비대칭 중간 상태를 규명하며 주목받았다. 이 과정에서 멘톨이 결합할 수 있도록 결합 부위의 구조가 열리고 멘톨이 결합하면 다시 네 개의 대칭 구조로 전환되면서 채널이 활성화되는 과정을 확인했다. 또한 멘톨이 PIP2의 결합을 안정화한다는 사실도 밝혀냈다.
이어 멘톨보다 약 1000배 강력한 합성 작용제인 아이칠린(icilin)을 활용해 이온이 통과할 수 있는 TRPM8의 활성 구조를 확인했다. PIP2 결합부터 구조 변화, 멘톨 결합, 채널이 열리는 단계까지 TRPM8의 활성화 과정을 구체적으로 제시했다.
특히 홍찬식 교수는 이번 연구에서 전기생리학 실험을 주도해 구조 분석을 통해 확인한 변화가 실제 TRPM8의 기능과 어떻게 연결되는지를 검증했다. 멘톨과 icilin에 의한 TRPM8 활성 특성과 PIP2 및 세포 내 칼슘의 조절 효과를 분석하고, 주요 아미노산 잔기의 기능을 검증해 구조적으로 제시된 활성화 모델을 기능적으로 뒷받침했다.
이번 연구는 냉감 수용체 TRPM8의 구조 변화와 실제 기능을 함께 규명했다는 데 의미가 있다. 연구 결과는 향후 TRPM8을 표적으로 하는 구조 기반 신약 설계와 차세대 비마약성 진통제 개발의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
홍찬식 교수는 “TRPM8의 구조 변화와 기능을 하나의 메커니즘으로 연결해 설명할 수 있었다는 점이 이번 연구의 가장 큰 의미”라며 “이번에 확인한 구조적 중간 상태가 TRPM8을 표적으로 하는 신약 개발 연구의 중요한 출발점이 되길 기대한다”고 말했다.
전남광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
