구조적 변화는 Cristae 내에서 막 전위의 변화를 동반한다. 연구원들은 미토콘드리아가 세포의 변화하는 에너지 요구 사항에 매우 빠르게 적응한다고 추정한다. 우리 세포의 발전소를 더욱 강력하게 만들 것이다.

미토콘드리아는 놀랍도록 역동적이다.
세포 발전소의 내부 막이 지속적으로 구조를 변화시키고 있다.

끊임없이 변화

미토콘드리아는 우리 세포 내에 있는 발전소로 불린다.
연구원들이 미토콘드리아의 또 다른 흥미로운 특성을 발견했다. 그들의 실험은 이 세포 발전소의 내부 막(membrane)이 몇 초마다 구조를 변화시킨다는 것을 보여준다. 이러한 방식으로 미토콘드리아는 세포가 필요로 하는 에너지 요구에 분명하게 역동적으로 적응할 수 있다.

▲ 생쥐 간 미토콘드리아에서 크리스테(Cristae)의 단면 이미지. 3D 구조 및 내부 막과의 관계. 출처:This is an image of a frozen-hydrated rat liver mitochondrion based on work done at the Wadsworth Center's Resource for Visualization of Biological Complexity.

발전소와 에너지 저장고로서, 미토콘드리아는 거의 모든 동물, 식물과 곰팡이 세포의 필수 구성 요소다. ATP(adenosine triphosphate)를 통해 세포대사의 보편적인 에너지원을 생성해 연구원들에게는 항상 놀라움을 안겨준다.

최근에 미토콘드리아가 전기 자동차용 충전식 배터리의 배터리 셀과 유사한 기능을 하는 것으로 나타났다. 내부 막의 "cristae"라 불리는 각각의 접힘부는 전기적으로 독립적이며 자율 배터리를 형성한다. 이것은 전지 발전소를 덜 민감하고 효율적으로 만든다.

Cristae(크리스테;마토콘드리아 내막 주름)에 주목

뒤셀도르프의 하인리히-하이네-대학교 (Hinrich Heine University)의 아룬 쿠마르 콘다디(Arun Kumar Kondadi)와 동료들은 ATP 합성에 중요한 크리스테(Cristae)의 또 다른 흥미로운 속성을 발견했다. 이미 미토콘드리아의 내막이 특정 조건에서 변형될 수 있다는 것은 알려져 있었다. 살아있는 세포에서 이것이 어떻게 그리고 얼마나 자주 발생하는지는 연구되지 않았다.

이 비밀을 밝히기 위해 과학자들은 다양한 이미징 방법을 사용해 미토콘드리아와 개별 구성 요소를 면밀하게 조사했다. 그들은 인간 세포에서 크리스테(Cristae)가 몇 초마다 역동적인 변화를 겪는다는 것을 발견했다.

▲ Diagram of a mitochondrion. 출처 Kelvinsong; modified by Sowlos 위키피디아

빠른 적응

예를 들어, 소위 정션(Junction 접합부)에서 멤브레인의 특정 부분이 반복적으로 조이며 다시 연결된다. 콘다디(Kondadi)의 동료 안드레아스 라이셔르트(Andreas Reichert)는 “Cristae는 막 수축 후 미토콘드리아 내에서 분리된 소포(小胞 다수의 세포로 이루어진 모양)로 일시적으로 존재할 수 있다.

이러한 구조적 변화는 Cristae 내에서 막 전위의 변화를 동반한다. 따라서 연구원들은 미토콘드리아가 세포의 변화하는 에너지 요구 사항에 매우 빠르게 적응한다고 추정한다. 이것은 아마도 우리 세포의 발전소를 더욱 강력하게 만들 것이다.

중요한 단백질 복합체

미토콘드리아의 어떤 요소가 이러한 역동성을 가능하게 할까?
추가 연구에 따르면 MICOS라는 단백질 복합체가 필요하다.
흥미로운 점은 MICOS 단지의 오작동으로 인해 파킨슨병과 미토콘드리아 뇌병증과 같은 다양한 심각한 질병이 생길 수 있다. 이것은 이 복잡한 기능과 건강 문제에서의 역할을 더 잘 이해하는 또 다른 중요한 구성 요소다.

앞으로 추가 실험을 통해 미토콘드리아의 다이나믹한 변화에 관해 보다 정확한 통찰력을 얻을 수 있다. 과학자들은 “미토콘드리아 내에서 새로 밝혀진 과정의 조절, 생리학 및 병리 생리학에 대한 미래의 연구 결과가 발표될 것”이라고 밝혔다.
(EMBO Reports, 2020; doi : 10.15252 / embr.201949776)
춮처 : Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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