싱가폴대-옥스퍼드대 협업, 초저온 전자현미경으로 면역 충돌 확인
'DM3' 단백질의 구조적 결함이 '자가면역' 유도 핵심
![[대전=뉴시스] KAIST가 국제 공동연구를 통해 DM3 단백질 복합체 붕괴시 식물의 자가면역 유발 기작을 규명했다.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지](https://img1.newsis.com/2025/07/21/NISI20250721_0001898686_web.jpg?rnd=20250721172052)
[대전=뉴시스] KAIST가 국제 공동연구를 통해 DM3 단백질 복합체 붕괴시 식물의 자가면역 유발 기작을 규명했다.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지
[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 국제 공동연구로 식물이 자신의 단백질 구조를 병원균으로 오인해 스스로를 공격하는 자가면역 반응 유발 메커니즘을 규명하고 회피할 수 있는 전략을 제시했다.
한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 생명과학과 송지준 교수팀이 국립싱가포르대학(NUS), 옥스퍼드대학 연구팀과 함께 초저온 전자현미경(Cryo-EM) 기술을 활용, 식물 자가면역 반응을 유발하는 단백질 복합체 'DM3'의 구조와 기능을 규명했다고 21일 밝혔다.
이번 연구는 식물 잡종 간 교배 시 면역 수용체의 비정상적 반응으로 발생하는 '잡종 괴사(hybrid necrosis)'의 원인을 단백질 구조의 결함에서 찾았다는 점에서 주목받고 있다.
고유의 면역 시스템을 지닌 식물은 때때로 자신의 단백질 구조를 병원균으로 오인해 스스로를 공격하는 자가면역 반응을 일으킨다. 특히 서로 다른 품종 간 교배 후 후손 식물이 건강하게 자라지 못하고 스스로 고사하는 잡종 괴사(hybrid necrosis)현상은 오랫동안 식물학자와 농업 연구자들에게 난제로 남겨져 있다.
이번에 KAIST와 공동연구팀이 규명한 DM3 단백질은 식물의 면역반응에 관여하는 효소로 위험 조합(DM)이라는 특정 단백질 조합에서 DM3 단백질의 구조가 망가지면서 문제를 일으킨다.
DM3의 변이체 중 하나인 'DM3Col-0' 변이체는 6개의 단백질이 안정적으로 결합하며 정상으로 인식돼 면역반응을 일으키지 않는다. 이에 반해 또 다른 'DM3Hh-0'변이체는 6개 단백질 간 결합이 제대로 되지 않아 식물은 이를 '비정상적인 상태'로 인식하고 면역경보를 울리며 자가 면역을 유발한다.
연구팀은 해당 구조를 원자 해상도의 초저온 전자현미경(Cryo-EM)으로 시각화해 면역 유도능력이 DM3 단백질의 효소 기능 때문이 아니라 '단백질 결합력의 차이' 때문임을 밝혀냈다.
이는 식물이 외부 병원균 뿐만 아니라 내부 단백질 구조가 비정상적으로 변화하는 경우에도 이를 병균으로 인식해 면역반응을 일으킬 수 있다는 의미다.
이번 연구는 서로 다른 품종의 식물을 교배하면서 유전자가 섞이고 단백질 구조가 변할 경우 식물 면역계가 얼마나 민감하게 변화하고 자가면역반응을 일으키는지를 확인시켜 주는 결과로, 자연교배 및 품종개량 과정에서 발생할 수 있는 유전적 충돌(Genetic Incompatibility)에 대한 이해를 크게 높였다.
KAIST 송지준 교수와 옥스퍼드대 최은영 교수가 공동 책임저자로, KAIST 생명과학과 김기정 박사(현 취리히 대학교 박사후 연구원)과 국립싱가폴 대학 웨이린 완(Wei-Lin Wan) 박사가 공동 제1 저자, 김나윤 박사과정 학생이 제2 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '셀(Cell)'의 자매지인 '분자 세포(Molecular Cell)'에 지난 17일자로 게재됐다.
송지준 교수는 "면역 시스템이 외부 병원균뿐 아니라 자기 단백질의 구조적 이상까지 감지할 수 있다는 사실은 식물 생명공학 및 작물 교배 전략에 새로운 기준을 제시한 것"이라며 "초저온 전자현미경 기반의 구조 분석이 유전자 간 상호작용의 본질을 이해하는 데 중요한 도구가 될 것으로 본다"고 말했다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 생명과학과 송지준 교수팀이 국립싱가포르대학(NUS), 옥스퍼드대학 연구팀과 함께 초저온 전자현미경(Cryo-EM) 기술을 활용, 식물 자가면역 반응을 유발하는 단백질 복합체 'DM3'의 구조와 기능을 규명했다고 21일 밝혔다.
이번 연구는 식물 잡종 간 교배 시 면역 수용체의 비정상적 반응으로 발생하는 '잡종 괴사(hybrid necrosis)'의 원인을 단백질 구조의 결함에서 찾았다는 점에서 주목받고 있다.
고유의 면역 시스템을 지닌 식물은 때때로 자신의 단백질 구조를 병원균으로 오인해 스스로를 공격하는 자가면역 반응을 일으킨다. 특히 서로 다른 품종 간 교배 후 후손 식물이 건강하게 자라지 못하고 스스로 고사하는 잡종 괴사(hybrid necrosis)현상은 오랫동안 식물학자와 농업 연구자들에게 난제로 남겨져 있다.
이번에 KAIST와 공동연구팀이 규명한 DM3 단백질은 식물의 면역반응에 관여하는 효소로 위험 조합(DM)이라는 특정 단백질 조합에서 DM3 단백질의 구조가 망가지면서 문제를 일으킨다.
DM3의 변이체 중 하나인 'DM3Col-0' 변이체는 6개의 단백질이 안정적으로 결합하며 정상으로 인식돼 면역반응을 일으키지 않는다. 이에 반해 또 다른 'DM3Hh-0'변이체는 6개 단백질 간 결합이 제대로 되지 않아 식물은 이를 '비정상적인 상태'로 인식하고 면역경보를 울리며 자가 면역을 유발한다.
연구팀은 해당 구조를 원자 해상도의 초저온 전자현미경(Cryo-EM)으로 시각화해 면역 유도능력이 DM3 단백질의 효소 기능 때문이 아니라 '단백질 결합력의 차이' 때문임을 밝혀냈다.
이는 식물이 외부 병원균 뿐만 아니라 내부 단백질 구조가 비정상적으로 변화하는 경우에도 이를 병균으로 인식해 면역반응을 일으킬 수 있다는 의미다.
이번 연구는 서로 다른 품종의 식물을 교배하면서 유전자가 섞이고 단백질 구조가 변할 경우 식물 면역계가 얼마나 민감하게 변화하고 자가면역반응을 일으키는지를 확인시켜 주는 결과로, 자연교배 및 품종개량 과정에서 발생할 수 있는 유전적 충돌(Genetic Incompatibility)에 대한 이해를 크게 높였다.
KAIST 송지준 교수와 옥스퍼드대 최은영 교수가 공동 책임저자로, KAIST 생명과학과 김기정 박사(현 취리히 대학교 박사후 연구원)과 국립싱가폴 대학 웨이린 완(Wei-Lin Wan) 박사가 공동 제1 저자, 김나윤 박사과정 학생이 제2 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '셀(Cell)'의 자매지인 '분자 세포(Molecular Cell)'에 지난 17일자로 게재됐다.
송지준 교수는 "면역 시스템이 외부 병원균뿐 아니라 자기 단백질의 구조적 이상까지 감지할 수 있다는 사실은 식물 생명공학 및 작물 교배 전략에 새로운 기준을 제시한 것"이라며 "초저온 전자현미경 기반의 구조 분석이 유전자 간 상호작용의 본질을 이해하는 데 중요한 도구가 될 것으로 본다"고 말했다.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
