빛으로 세포 단백질 기능 원격조정한다(06.11)

IBS 연구단, '광유도 분자올가미' 원천기술 개발

암세포 분열 차단 성공…새로운 암치료 가능성 제시

▲ 광유도 분자올가미(LARIAT) 기술은 다중체 단백질과 청색광에 반응하는 애기장대 식물의 광유도 단백질의 상호작용을 인

간세포에 적용해 빛에 의존적인 분자 올가미를 조립하고 원하는 단백질을 그 안에 가둬 기능을 저해하는 기술이다. 이 기술은

 빛으로 원격 조정하여 몸 안의 원하는 부위에서 특정 단백질의 기능을 마음대로 조절할 수 있다. ⓒ 2014 HelloDD.com

빛을 이용해 세포 내 단백질 기능을 조정하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 그동안 유전적 방법에 국한됐던 세포 내 단백질 기능 연구의 틀을 깬 새로운 시도로 주목된다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 IBS(기초과학연구원) 인지·사회성연구단(단장 신희섭) 허원도 바이오이미징 그룹리더팀이 '광유도 분자올가미'란 새로운 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

광유도 분자올가미(LARIAT)는 다중체 단백질과 청색광에 반응하는 애기장대 식물의 광유도 단백질의 상호작용을 인간세포에 적용한 기술이다. 세포에 빛을 쬐어주면 세포 내부에 순간적으로 단백질 복합체인 올가미가 형성되는데, 이를 이용해 특정 단백질을 가둠으로써 기능을 차단하는 원리다.

이를 통해 세포의 이동, 세포분열 등의 중요한 생명현상들을 약물처리 없이 빛으로만 불활성화할 수 있고, 빛을 켜고 끄는 행동만으로 가역적으로 조절할 수 있다는 사실을 밝혀 세계 연구진의 이목을 집중시켰다.

또 매우 다양한 종류의 단백질에 대한 실험 결과, 같은 방법의 적용이 가능해 광범위하게 적용될 수 있다는 사실도 밝혔다.

연구진은 이 원리를 이용하면 세포분열을 인위적으로 막을 수 있고, 특히 암세포 분열을 제어할 수 있어 앞으로 암세포 연구와 암신호전달 연구에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 전망했다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 저널인 '네이처 메소드'(Nature Methods) 홈페이지에 5월 4일 게재됐으며, 6월호에 소개될 예정이다.

허원도 교수는 "현재 광유도 분자올가미 기술을 이용해 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이와 뇌 과학 연구를 진행 중"이라고 밝히고 "궁극적으로 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것"이라고 기대감을 나타냈다.

허 교수는 2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학(optogenetics)과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔고, 2013년 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여했다. 6월 LARIAT 기술 외에 광유전학 분야의 2개 다른 원천기술도 발표할 계획이다.

▲ 광유도 분자올가미(LARIAT) 기술을 이용한 세포 모양 및 세포이동 원격조정. 세포에 청색광을 쬐어 주어 특정 단백질의 기능을 저해하면 세포의 모양을 줄였다 늘였다 하며 조절할 수 있다.(사진 위) 광유도 분자올가미(LARIAT) 기술을 이용한 세포 분열 원격조정. 미세관(microtubule)은 하나의 세포가 두 개로 분열하는데 중요한 역할을 수행한다. 빛을 쬐어줌으로 인해 미세관의 기능을 저해하게 되면 미세관과 염색체의 구조가 망가지면서 세포가 더 이상 분열할 수 없게 된다.(사진 아래) ⓒ 2014 HelloDD.com