Nir2 결정구조를 통한 ER–PM 막접촉점의 phosphatidic acid 인식 메커니즘 규명
세포 내 신호 전달 체계인 PLC 신호 전달은 세포막의 PIP2를 DAG와 IP3로 분해하며 시작됩니다. 이 과정에서 생성된 PA는 소포체로 이동하여 PI로 변환되고 다시 세포막으로 돌아오는 'PIP2 사이클'을 형성합니다. 1950년대부터 알려진 이 순환 과정에서 구체적으로 어떤 단백질이 PA와 PI의 수송을 담당하는지는 오랫동안 베일에 싸여 있었습니다. 최근 연구를 통해 이 중요한 역할을 수행하는 주인공이 바로 Nir2라는 단백질임이 밝혀졌습니다. Nir2는 외부 자극에 반응하여 세포막에 축적된 PA를 인식하고, 소포체와 세포막 사이에서 지질을 운반함으로써 세포의 항상성을 유지하는 핵심적인 기능을 수행합니다. 진핵세포의 소기관들은 막 접촉 부위(MCS)라는 특정한 부위를 통해 서로 소통하며 지질 수송이나 칼슘 신호 전달을 조절합니다. Nir2 단백질은 소포체에 존재하는 VAP 단백질과 결합하여 소포체와 세포막 사이의 접점을 형성합니다. 기존 연구들은 외부 자극으로 세포막에 PA가 증가하면 Nir2의 C-말단 부위가 세포막으로 이동한다는 사실을 밝혀냈으나, 그 정확한 구조적 메커니즘은 미지의 영역으로 남아 있었습니다. 연구팀은 리포좀 실험을 통해 Nir2의 FFAT 모티프와 LNS2 도메인이 막 접촉 부위 형성에 필수적임을 확인하였으며, 이는 Nir2가 두 소기관을 연결하는 가교 역할을 수행함을 시사합니다. 연구팀은 단파장 이상 분산법(SAD) 기법을 사용하여 Nir2의 LNS2 도메인 구조를 규명하는 데 성공했습니다. 분석 결과 LNS2 도메인은 베타-배럴과 알파-베타 샌드위치 구조가 결합된 형태를 띠며, PA와 칼슘 이온을 직접적으로 인지하고 있었습니다. 특히 PA가 결합할 때 특정 루프 구조가 헬릭스로 변하는 구조 변화가 관찰되었는데, 이는 PA 결합의 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 PA는 다른 인지질에 비해 머리 그룹의 크기가 매우 작고 음전하를 띠고 있어, Nir2의 표면 전하 특성과 결합하여 높은 선택성을 가지게 된다는 사실을 구조적으로 증명하였습니다. Nir2가 소포체와 항상 결합 상태를 유지하는 'Always-on' 스위치 메커니즘도 새롭게 밝혀졌습니다. 일반적으로 많은 단백질이 인산화를 통해 VAP과의 결합을 조절하는 것과 달리, Nir2는 FFAT 모티프 내의 7번 위치에 위치한 글루탐산과 VAP의 아르기닌 사이의 상호작용을 통해 안정적인 결합을 유지합니다. 이는 외부 자극이 없는 평상시에도 Nir2가 소포체에 대기하고 있다가, 자극 발생 시 즉각적으로 세포막으로 이동할 수 있는 준비 상태를 갖추게 함을 의미합니다. 이러한 상호작용은 구조 분석과 ITC 실험을 통해 확인되었으며, Nir2가 가진 독특한 조절 시스템의 일면을 보여줍니다. 마지막으로 기능이 불분명했던 DDHD 도메인이 이량체를 형성하여 세포막 결합 능력을 비약적으로 향상시킨다는 점이 확인되었습니다. DDHD 도메인은 여섯 개의 헬릭스가 소수성 상호작용을 통해 결합한 형태이며, 이를 통해 단백질의 다량체화를 유도합니다. 실험 결과 이량체를 형성할 때의 막 결합력이 단량체 상태일 때보다 훨씬 강력해지며, 이는 Nir2가 세포막과 소포체 사이의 접점을 더욱 견고하게 유지하도록 돕습니다. 결과적으로 Nir2는 VAP과의 상시 결합, LNS2를 통한 PA 인지, DDHD에 의한 결합 강화라는 세 가지 기전을 통해 세포 내 지질 대사를 정교하게 조절하는 메커니즘을 완성하게 됩니다.
