변화무쌍 스위치 단백질 관찰하는 바이오센서 개발
변화무쌍 스위치 단백질 관찰하는 바이오센서 개발
  • 함예솔
  • 승인 2019.01.15 06:55
  • 조회수 1411
  • 댓글 0
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세포도 시그널보내~ 출처: pixabay
세포도 시그널보내~ 출처: pixabay

신호전달 스위치 단백질이란?

  • 세포의 신호전달 스위치 단백질은 스위치가 켜지면 기계가 작동하듯 활성화 여부로 세포의 기능을 제어합니다. 
  • 대표적인 스위치단백질인 Small GTPase(Small guanosine triphosphate) 단백질은 세포신호전달(cell signaling) 체계에서 핵심적인 역할을 담당합니다.
  • 세포 이동, 세포분열 및 사멸, 유전자 발현 등 다양한 세포의 기능에 관여합니다. 

 

실시간으로 관찰할 수 있는 small GTPase 바이오센서 개발. 출처: IBS
실시간으로 관찰할 수 있는 small GTPase 바이오센서 개발. 출처: IBS

뭘 발견했나

  • 암세포의 이동과 신경세포 활성화 등 다양한 세포 기능에 관여하는 신호전달 스위치 단백질의 변화무쌍한 과정을 실시간으로 볼 수 있는 길이 열렸습니다.
  • 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단의 허원도 교수 연구팀이 신호전달 스위치 단백질의 활성을 모니터링하는 새로운 '바이오센서'를 개발하고 살아있는 생쥐의 신경세포 활성화를 관찰하는데 성공했습니다. 

 

small GTPase 바이오센서를 이용해 추적한 유방암 전이 암세포 관찰. 출처: IBS
small GTPase 바이오센서를 이용해 추적한 유방암 전이 암세포 관찰. 출처: IBS

어떻게 조사했지?

  • 연구진은 단백질 공학 기술로 5가지 종류의  small GRPase 단백질의 바이오센서를 개발하고 두 가지 파장(488nm, 561nm)에서 관찰이 가능한 바이오센서를 개발, 이를 동시에 분석하는 데 성공했습니다. 
  • 연구진이 개발한 바이오센서는 기존 바이오센서가 청색광을 활용하는 광유전학 기법의 파장과 겹치는 문제를 효과적으로 극복해 세포의 이동 방향을 살피면서 동시에 공간적 기능도 분석할 수 있었습니다. 
  • 참고로, small GRPase의 활성을 관찰하는 데엔 일반적으로 형광 공명 에너지전달(FRET) 방식을 이용하지만, FRET 방식은 광유전학과 광 파장이 겹쳐 정작 관찰해야할 세포 신호의 변화는 보기 어려웠습니다. 

 

신경세포와 쥐 뇌 조직 내 마이크로 단위 단백질 관찰. 출처: IBS
신경세포와 쥐 뇌 조직 내 마이크로 단위 단백질 관찰. 출처: IBS

특이한 점은?

  • 연구진이 개발한 새로운 바이오센서는 small GRPase 활성의 모든 변화 과정을 실시간으로 볼 수 있습니다. 
  • 광유전학과 결합해 다양한 방식으로 관찰 가능하고 민감도가 커 생체 내 두꺼운 조직 안에서 벌어지는 수 나노미터(nm)크기의 변화까지도 정밀하게 볼 수 있다는 것이 특징입니다. 

 

운동 행동 중인 쥐의 실시간으로 small GTPase 단백질 활성 분석. 출처: IBS
운동 행동 중인 쥐의 실시간으로 small GTPase 단백질 활성 분석. 출처: IBS

이 연구가 왜 중요한가

  • 연구진은 small GTPase의 활성을 실시간으로 탐지해 추후 암 치료 물질을 탐색하는 등 다방면의 기술 접목이 가능할 것으로 전망하고 있습니다.
  • 시냅스처럼 수 마이크로미터 단위의 미세한 구조에서도 목표한 단백질을 관찰할 수 있을 만큼 민감도가 큽니다. 이러한 고감도 성능을 이용하면 살아있는 동물의 암세포 전이 및 뇌 속 신경세포의 구조변화를 관찰할 수 있어 향후 강력한 이미징 기술이 될 것으로 기대됩니다.

 

허원도 교수. 출처: IBS
허원도 교수. 출처: IBS

 

 

"이번 연구는 small GTPase 단백질을 생체 내에서 관찰하기 위한 기존의 바이오센서들의 기술적 한계를 극복하는데 성공한 겁니다. 특히 청색 빛을 활용한 광유전학 기술을 동시에 적용할 수 있어 다양한 세포막 수용체와 관련된 광범위한 세포신호전달연구와 뇌인지과학연구에 접목이 가능할 것으로 기대됩니다"

-기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단 허원도 KAIST 생명과학과 교수-


 


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