TL;DR

  • 코넬 연구진이 인공지능으로 세포 안 단백질 이동을 조절하는 기존에 알려지지 않은 방식을 발견했으며, Avl9이 Arf1을 끄는 스위치로 작동하고 이 체계가 암세포 이동과 연결됨.
  • 단백질 구조와 상호작용을 예측하는 AlphaFold가 Arf1의 새로운 상호작용 후보를 빠르게 좁혀 실험 검증을 가능하게 함.
  • 실험에서 Avl9이 Arf1의 기능 수행 뒤 이를 비활성화하며, Avl9의 단일 아미노산 변화가 이 조절 능력을 없애는 것으로 확인됨.
  • Avl9이 속한 DENN 도메인 단백질 일부가 기존 예상과 달리 켜기 스위치가 아니라 끄기 스위치로 작동할 가능성이 제시됨.
  • 관련 인간 단백질도 같은 방식으로 작동하는 것으로 확인돼 세포 내부 수송 조절 체계와 암의 성장·확산을 이해하는 데 활용될 가능성이 제시됨.

인공지능으로 발견한 세포 내부 수송 조절 단백질

  • 코넬 연구진이 세포 안에서 단백질이 이동하는 방식을 조절하는 기존에 알려지지 않은 방법을 발견함.
  • 단백질 이동은 세포의 성장, 신호 전달, 이동에 필수적인 과정이며 암에서 자주 교란되는 과정임.
  • 9월 9일 학술지 Journal of Cell Biology에 발표된 연구에서, 잘 알려지지 않은 단백질 Avl9이 다른 단백질 Arf1의 끄기 스위치로 작동하는 사실이 제시됨.
  • Arf1은 세포 안에서 물질이 이동할 위치를 지정하는 역할을 하며, 적절한 시점에 Arf1을 끄는 일이 세포 수송 조절에 중요함.
  • Arf1이 꺼지지 않으면 세포 조직이 흐트러져 부정적인 영향이 발생함.
  • 연구진은 Avl9이 같은 기능을 수행할 수 있는 더 넓은 단백질 집단의 일부라는 사실도 확인했으며, 세포가 이 과정을 균형 있게 유지하는 기존에 인식되지 않은 체계를 제시함.

AlphaFold가 제시한 Arf1의 새로운 상호작용 후보

  • 연구는 코넬 농업·생명과학대학 분자 생물학·유전학 교수이자 웨일 세포·분자 생물학 연구소 소속인 Chris Fromme가 이끔.
  • 연구팀은 단백질 구조와 단백질 간 상호작용을 예측하는 인공지능 소프트웨어 AlphaFold를 사용해 Arf1의 기존에 알려지지 않은 협력 단백질을 탐색함.
  • 수개월이 걸릴 수 있는 전통적인 실험실 선별 방식 대신, 인공지능 소프트웨어가 실험 검증이 가능한 유력 단백질 상호작용 후보 목록을 빠르게 생성함.

“잘 이해되지 않았던 단백질의 예상 밖 기능을 발견했으며, 이는 세포가 세포 내부 수송을 조절하는 방식을 이해하는 데 도움이 됨.” — Chris Fromme

Arf1과 Avl9의 기능

  • Arf1은 단백질과 다른 화물을 세포 안의 올바른 위치로 이동시키는 분자 스위치임.
  • Arf1은 여러 필수 과정에 관여하므로, 연구진은 Arf1의 활성을 조절하는 추가 단백질이 존재할 것으로 예상함.
  • Arf1은 골지체에서 세포 안의 여러 다른 목적지로 이동해야 하는 단백질의 수송을 조절함.
  • Arf1은 분비, 세포 이동, 세포 내부의 기본적인 조직 구성 등 다양한 세포 행동에 필수적임.
  • Arf1이 매우 중요하고 많은 세포 경로에 관여하기 때문에, 기존에 알려진 것보다 더 복잡한 활성 조절 방식이 있을 것으로 연구진이 판단함.
  • 인공지능 분석은 분비와 암세포 이동에 연관된 것으로 알려졌지만 기능은 밝혀지지 않았던 Avl9을 후보로 지목함.
  • 실험실 검증에서 Avl9이 자신의 역할을 수행한 뒤 Arf1을 끄는 사실이 확인됨.

“Avl9의 기능은 아미노산 구성에 관해 알려진 내용을 바탕으로 예상할 수 있는 것과 정확히 반대였음.” — Ryan Vignogna, 웨일 연구소 박사후 연구원 겸 논문 제1저자

단일 아미노산 변화와 암세포 이동

  • 연구팀은 세포에서 정상 Avl9과 변이 Avl9을 비교해 발견을 검증함.
  • Avl9의 단일 아미노산 변화가 Arf1을 조절하는 능력을 없애는 것으로 확인됨.
  • 인간 폐암세포에서 해당 변화는 세포의 이동 능력을 낮췄으며, Avl9의 분자 수준 기능과 암에서 중요한 세포 행동이 연결됨.

“이 세포 생물학 실험은 세포가 연구자가 중요하다고 판단한 현상을 실제로 중요하게 다룬다는 점을 보여줌.” — Chris Fromme

DENN 도메인 단백질의 새로운 역할

  • 연구팀은 Avl9과 유사한 단백질도 추가로 조사함.
  • 이 단백질들은 DENN 도메인 단백질로 알려진 집단에 속하며, 기존에는 켜기 스위치로 작동하는 것으로 여겨짐.
  • 새로운 결과는 이 집단의 일부 단백질이 Avl9처럼 끄기 스위치로 작동할 수 있음을 제시함.
  • 이는 이 단백질 집단이 세포 안에서 물질이 이동하는 방식을 조절하는 새로운 역할을 가질 수 있음을 의미함.

“기존 가정이 잘못되었다는 뜻이며, 이 단백질이 관련 단백질 집단에 속하기 때문에 다른 사례를 찾게 됨.” — Chris Fromme

  • 연구팀은 관련 인간 단백질 가운데 적어도 하나가 같은 방식으로 작동한다는 사실을 확인함.
  • 이 결과는 해당 기능이 세포 내부 수송을 조절하는 더 넓은 체계의 일부일 가능성을 제시함.

암과 세포 수송 연구에 미칠 영향

  • 이번 발견은 세포 내부 수송 체계의 교란이 질병에 기여하는 방식을 연구하는 데 도움을 줄 가능성이 있음.
  • 암에서는 세포가 이동하고 물질을 수송하는 방식의 변화가 종양의 성장과 확산에 영향을 줄 수 있음.

“새로운 단백질 부류의 발견은 다른 연구자들이 세포와 질병에서 관련 단백질을 규명하는 실험을 설계하는 데 도움을 줌.” — Chris Fromme

인공지능으로 넓어진 생물학적 탐색

  • Fromme은 이번 연구가 인공지능을 활용해 유망한 생물학적 질문을 빠르게 찾음으로써 발견 속도를 높일 수 있음을 보여준다고 설명함.

“더 적은 노력으로 탐색적인 질문을 더 많이 던질 수 있으며, 흥미로운 대상을 폭넓게 찾은 뒤 심층 실험에 시간을 쓸 만큼 중요한 대상을 선택할 수 있음.” — Chris Fromme

  • 연구는 미국 국립보건원 지원을 받았으며, 코넬 생명공학연구소 영상 시설의 지원을 받음.