전남대학교 석사과정생이 곤충의 탈피 과정에서 표피가 어떻게 분해되는지에 대한 메커니즘을 새롭게 조명해 주목받고 있다.
전남대 김명진 석사과정생(응용생물학과. 지도교수 Yasuyuki Arakane)은 곤충의 탈피과정에서 ‘오래된 표피’(old cuticle)의 키틴섬유를 분해하는데 LPMO 유전자가 필수적인 효소임을 실험적으로 증명하고, 이를 국제저명학술지 ‘Communications Biology’(영향력지수 6.268, 생물학 분야 상위 8.1%)에 제1저자로 발표했다.
연구 내용에 따르면, 곤충은 외부환경스트레스와 수분증발로부터 자신을 보호하는 표피를 지니고 있는데, 정상적인 성장을 위해서는 주기적으로 키틴과 단백질로 이뤄진 딱딱한 표피를 갈아입는 과정을 거쳐야 한다.
기존에는 이 탈피과정에서 표피의 주성분인 키틴섬유가 키틴분해효소들에 의해 분해된다고 알려져 있었으나, 실제로는 분해가 어려운 ‘결정화된 키틴섬유’여서, 표피 분해 메커니즘에 대한 의문이 여전히 풀리지 않아왔다.
그러나 김명진 석사과정생은 곤충의 LPMO 유전자가 표피에 들어있는 ‘결정화된 키틴섬유’를 산화적 방법으로 층간박리 시켜주고, 박리된 키틴섬유에 키틴분해효소가 잘 결합할 수 있도록 해 줌으로써, 효과적인 분해에 도움을 준다는 사실을 밝혀냈다.
실제로 연구팀은 LPMO효소에 대해 유전자 침묵을 시행하자 곤충은 탈피를 하지 못하고 치사했으며, 곤충의 표피 성분인 키틴 섬유가 분해되지 못하는 것도 확인하는 등 LPMO 효소가 키틴분해효소와 함께 키틴섬유를 분해하는데 시너지 효과를 내고 있음을 밝혔다.
이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 지역대학우수과학자지원사업을 받았고, 중국 다롄이공대학의 Qing Yang 교수팀과 공동으로 수행됐다. 곤충 표피의 초미세구조 분석은 전남대학교 공동실험실습관의 생물용 투과전자현미경을 이용했다.