여러 단백질을 한눈에 본다
여러 단백질을 한눈에 본다
  • 함예솔
  • 승인 2020.04.27 15:20
  • 조회수 735
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요약

 

국내 연구진이 여러 종류의 세포막 단백질을 동시에 관찰하며 분석할 수 있는 질량 분석 바이오 이미징 기술을 세계 최초로 개발했습니다. 이번 연구 결과는 기존의 형광 분광 기반 바이오 이미징 기술의 한계를 넘어 복잡한 질병 메커니즘 등을 규명하고 조기 진단하는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

DGIST 뉴바이올로지전공 문대원 석좌교수, 에너지공학전공 인수일 교수 공동연구팀이 산화금속 나노입자를 접합시킨 항체를 이미지화시켜 마이크로미터 이하의 공간 분해능으로 단백질을 관찰하는 '다중 단백질 질량분석 바이오 이미징 기술'을 개발했습니다. 해당 연구는 <ACS Applied Materials & Interfaces>에 게재됐습니다. 

다중 단백질 질량분석 바이오 이미징 기술을 이용한 세포막 내 단백질을 항체와 접합된 산화 금속 나노 입자를 통해 분석되는 모식도. 출처: DGIST
다중 단백질 질량분석 바이오 이미징 기술을 이용한 세포막 내 단백질을 항체와 접합된 산화 금속 나노 입자를 통해 분석되는 모식도. 출처: DGIST

제한적이었던 바이오 이미징 기술, SIMS 분석법으로 해결하다

 

바이오 이미징 기술은 세포에서 일어나는 현상을 영상으로 볼 수 있게 만드는 기술입니다. 질병의 조기 진단이나 신약개발 등에 필요한 핵심 기술로써 생명공학, 물리, 화학, 기계 전자와 같은 여러 분야의 융합이 필수적입니다. 현재 주로 사용되는 바이오 이미징 기술은 형광 물질을 단백질에 입혀서 관찰하는 방법인데 광학 기술의 한계 때문에 동시에 관찰 가능한 단백질은 3~4가지 정도로 분석의 한계가 있었습니다.

 

이에 DGIST 연구팀은 SIMS 분석법(Secondary Ion Mass Spectrometry, 2차 이온 질량 분석법)을 적용해 세포막에 존재하는 여러 종류의 단백질을 관찰하는 데 성공했습니다. SIMS 분석법은 가속 이온을 이용해 주로 반도체 제조를 위한 극미량의 불순물 분석에 활용되는 기술인데 최근에는 바이오 이미징 기술에 적용하려는 연구가 활발합니다. 하지만 가속 이온의 파괴적인 특성 때문에 지질 분자 이미징 정도만 가능했고 단백질 이미징은 불가능해 SIMS 분석법을 통한 바이오 이미징 연구가 제한적이었습니다.

쥐 해마 조직의 ‘CA1’ 영역에 존재하는 시냅스 단백질을 SIMS 분석법으로 이미징한 영상. 출처: DGIST
쥐 해마 조직의 ‘CA1’ 영역에 존재하는 시냅스 단백질을 SIMS 분석법으로 이미징한 영상. 출처: DGIST

연구팀은 SIMS 분석법이 수십 종의 산화금속을 분석하고 이미징 할 수 있다는 데 착안했습니다. SIMS 분석 시 감도가 매우 높은 수십 나노미터(nm) 크기의 산화금속 나노입자를 항체에 접합시킨 후, 이 항체를 단백질(항원)과 결합시켰습니다. 그런 다음 SIMS 분석을 통해 단백질에 결합된 산화금속 나노입자를 300 나노미터 분해능으로 이미징 해 세포막에 존재하는 여러 종류의 단백질을 동시에 볼 수 있게 했습니다. 연구팀은 실제 알츠하이머 모델 실험쥐의 해마 조직에 적용해 봤고 알츠하이머 병에 관여하는 것으로 보고된 7종의 단백질 이미지를 동시 관찰할 수 있었습니다. 또한 알츠하이머 병이 진전되면서 여러 단백질들의 분포가 어떻게 변화하는지 규명했습니다.

문대원 뉴바이올로지전공 석좌교수(왼쪽), 인수일 에너지공학전공 교수(오른쪽 위), 박영호 에너지공학전공 박사과정생(가운데). 출처: DGIST
문대원 뉴바이올로지전공 석좌교수(왼쪽), 인수일 에너지공학전공 교수(오른쪽 위), 박영호 에너지공학전공 박사과정생(가운데). 출처: DGIST

DGIST 문대원 석좌교수는 "이번에 개발한 기술을 통해 기존 형광 분광 이미징 기술보다 이미지화 할 수 있는 단백질 분자의 수를 증가시켰으며, 금속 산화물 나노입자의 높은 SIMS 감도를 활용해 시료 손상을 최소화해 세포막에서의 단백질 상호 작용 관찰을 가능하게 했다"며 "여러 단백질이 관여하는 복잡한 질병 기전 연구에 기여할 새로운 바이오 이미징 기술이 될 것이다"라고 밝혔습니다.

 


##참고자료##

 


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