세포 소기관 자가포식 관찰 방법, "혁신했다"
세포 소기관 자가포식 관찰 방법, "혁신했다"
  • 박연수
  • 승인 2018.02.25 16:37
  • 조회수 1968
  • 댓글 0
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치매의 원인. 알츠하이머. 출처: fotolia<br>
무서운 치매 출처: fotolia

기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단이 강력한 형광 분자 결합쌍을 이용해서 세포 자가포식(Autophagy)에 관여하는 세포 내 소기관의 움직임을 관찰하는 데 성공했습니다. 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환 치료 연구에 기여할 것으로 기대됩니다.

 

세포는 영양이 부족해지면 분해효소를 지닌 세포 소기관이 불필요한 세포 소기관을 분해 및 재활용합니다. 이를 자가포식이라고 하는데요. 자가포식이 제대로 일어나지 않으면 세포는 충분한 에너지를 확보할 수 없어 죽습니다. 기존 연구에서는 자가포식에 관여하는 두 세포 소기관을 관찰하기 위해 형광 단백질을 주로 이용했습니다. 하지만 이 방법으로 자가포식 현상을 안정적으로 관찰하기는 쉽지 않았습니다. 자가포식 과정 중 분해 효소로 인해 형광 단백질이 함께 분해됐기 때문입니다.

 

이에 따라 연구단은 강력한 형광 분자 결합쌍인 쿠커비투릴 분자와 아다만탄아민분자의 특이적 결합 원리를 이용했습니다. 자가포식이 일어나는 세포 소기관의 움직임을 보다 안정적으로 관찰하는 데 성공했습니다. 자가포식 과정에서 함께 사라지는 형광 단백질과 달리, 연구진이 개발한 형광 분자 결합쌍은 세포 소기관 각각의 움직임 뿐 아니라 두 소기관의 융합 과정도 확인하는 데 딱이었습니다.

 

세포 자가 포식 관찰법. 출처: 기초과학연구원
세포 자가포식 관찰법. 출처: 기초과학연구원

세포 자가포식은 리소좀과 같이 분해 효소를 지닌 소기관과 분해될 다른 소기관이 만나 이루어집니다. 연구진은 분해 대상인 여러 소기관 중, 미토콘드리아에 주목했습니다. 미토콘드리아는 퇴행성 뇌질환과 연관이 깊은데요. 많은 에너지를 사용하는 뇌세포에서 미토콘드리아가 고장 난 채 적절하게 분해되지 않으면 퇴행성 뇌질환으로 이어질 수 있습니다.

 

연구진은 세포 내에서 리소좀과 미토콘드리아의 자가 포식 과정을 관찰했습니다. 이를 위해 쿠커비투릴과 아다만탄아민 분자의 강력한 분자 결합을 이용했습니다. 먼저 쿠커비투릴과 아다만탄아민 분자를 관찰할 수 있도록 각각에 형광 분자를 붙이고, 쿠커비투릴은 세포 내 리소좀을, 아다만탄아민은 미토콘드리아를 인지할 수 있도록 했어요. 또한, 자가포식하는 과정을 관찰하기 위해 리소좀과 미토콘드리아가 융합 시에도 형광이 나타나도록 고안했죠.

 

형광을 볼 수 있는 채널에서 관찰시 볼 수 있는 형광의 파장에 따른 빛의 세기. 출처: 기초과학연구원
형광을 볼 수 있는 채널에서 관찰시 볼 수 있는 형광의 파장에 따른 빛의 세기. 출처: 기초과학연구원

실험 결과 쿠커비투릴-아다만탄아민 형광 분자 수용액을 세포에 처리하면 쿠커비투릴은 리소좀을, 아다만탄아민은 미토콘드리아를 인지해 서로 다른 색의 형광을 띠는 것으로 관찰됐습니다. 때문에 두 세포 소기관 각각의 움직임을 확인할 수 있었습니다. 일정 시간이 흐른 뒤 리소좀과 미토콘드리아가 자가포식을 위해 융합하면 에너지 전이로 인한 형광으로 이들 두 소기관의 융합과정 또한 관찰할 수 있었습니다. 즉, 세포 자가포식의 전 과정을 실시간으로 살펴보는 것이 가능해진 셈입니다.

 

김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단장은 "형광 분자 결합쌍을 이용한 바이오 이미징 기술은 복잡한 세포 기작을 보다 세심히 연구할 수 있는 길을 열 것"이라 말했습니다. 이번 연구에서 개발한 이미징 기술을 신경세포에 적용한다면, 퇴행성 신경질환의 세포 자가포식 현상을 보다 명확히 규명할 수 있는 계기를 마련할 수 있습니다. 향후 암, 감염병, 노화 등의 치료와 신약 개발 연구 분야 발전에 기여할 것으로 기대하고 있습니다. 이번 연구 결과는 독일 응용화학회지 <Angewandte Chemie International Edition> 온라인판에 독일 시간으로 지난 1월 25일 게재됐습니다.


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