세포 속 도로 교통 상황, "나노 GPS로 확인 가능"
세포 속 도로 교통 상황, "나노 GPS로 확인 가능"
  • 함예솔
  • 승인 2022.07.27 23:50
  • 조회수 565
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DGIST 화학물리학과 서대하 교수 연구팀이 우수한 공간 및 시간분해능을 가지는 암시야 초분해능 현미경을 개발했습니다. 이를 활용해 세포 내 수송과정에서 나타나는 엔도좀의 동적 거동을 관찰하는 데 성공했습니다.

 

엔도좀이란 세포내 섭취(endocytosis)를 통해 세포질에 형성된 생체막으로 둘러싸인 액체주머니를 가리킵니다. 이는 세포 내 도로망(미세소관)을 따라 움직이는 운동 단백질을 통해 적절한 시간에 알맞은 장소로 운송됩니다. 이 과정에서 엔도좀의 이동 및 3차원 회전 분석은 세포내의 수송의 분자생물학적 이해에 중요한 열쇠가 될 수 있습니다.

화학물리학과 서대하 교수 연구팀은 엔도좀의 병진, 회전 운동을 실시간 관찰하기 위한 방법으로 엔도좀 내 두 개의 나노 탐침을 설치했습니다. 또한 이를 구분하고 오랜 시간 관찰할 수 있는 초분해능 현미경을 개발했습니다. 광탈색이 없는 금 나노 입자를 사용하고 선형 편광을 빠르게 회전 조사합니다. 평관 의존 산란 신호를 초분해능 알고리즘으로 재해석하는 일련의 과정을 통해, 단시간(1초 이내)에 초분해능 이미지를 얻고, 연속 촬영을 통해 장시간 동안의 영상을 촬영합니다. 

연구팀은 엔도좀의 3차원 동적 거동을 관찰, 수송 중 일어나는 병진 및 회전 운동을 분석했습니다. 기존에 측정할 수 없었던 생물학적 회전 물리량 및 이들의 통계적 분포를 도출해낼 수 있었습니다.

두 개의 GPS 나노입자가 포함된 엔도좀을 관찰하면, 회전 운동을 관찰할 수 있다. 출처: Journal of American Chemical Society Au, 2022
두 개의 GPS 나노입자가 포함된 엔도좀을 관찰하면, 회전 운동을 관찰할 수 있다. 출처: Journal of American Chemical Society Au, 2022

DGIST 화학물리학과 서대하 교수는 "이번 이미징 기술 개발을 통해 세포내 수송 과정을 수 십 나노미터 수준의 분해능으로 관찰하고, 엔도좀의 ‘줄다리기 모델‘을 직접 확인할 수 있었다"며 "분자수준의 생명 현상을 밝히는 데 기여할 뿐만 아니라 질병진단을 위한 정밀 의료에도 적용될 수 있을 것이라 기대된다"고 밝혔습니다.

한편, 연구 결과는 국제학술지인 ‘미국화학회 골드지(JACS Au)'에 2022년 5월 19일자로 온라인 게재됐습니다. 7월 25일에는 학술지 표지 논문(supplementary cover)으로 선정됐습니다.


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