몸 속 칼슘농도 측정하는 센서로 질병 조기진단(천연물융합연구센터 정상훈 박사)

몸 속 칼슘농도 측정하는 센서로 질병 조기진단한다.

 - 센서 민감도 개선으로 기존 방법보다 칼슘 탐지능력 2배 향상
 - 향후 노인성 질환 조기진단 및 천연물·약물 효능 검증 등에 활용 기대

 

대부분의 암, 당뇨병, 심장질환 및 난치성 신경질환 같은 노인성 질환에서는 세포내 소포체*(endoplasmic reticulum)의 칼슘 감소가 지속적으로 보고되고 있다. 따라서 인체 항상성의 미세한 변화를 사전에 탐지하는 것은 질환의 조기진단에 중요한 열쇠가 될 수 있다. 최근 국내 연구진이 노인성 질환을 조기진단하기 위해 몸 속 칼슘농도를 측정할 수 있는 센서 기술을 개발했다고 밝혔다.  

*소포체 : 단백질의 생산이나 지질, 스테로이드 합성 등의 다양한 역할을 하는 세포소기관

정상훈 박사

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 강릉분원 천연물연구소(분원장 오상록) 천연물융합연구센터 정상훈 박사 연구팀은 부산대학교 생명과학과 김태진 교수팀과의 협력연구를 통해, 세포 소포체 내의 칼슘농도 변화추이를 정밀하게 측정할 수 있는 형광공명에너지전이(FRET)**기반 칼슘센서를 개발했다고 밝혔다. **형광공명에너지전이(fluorescence resonance energy transfer) : 빛에 민감하게 반응하는 두 형광물질 사이에서 발생하는 비복사 에너지 전이 현상

세포 내의 주요 소기관인 소포체는 단백질 합성 등 세포 기능 조절의 중추적인 역할을 담당하고 있다. 특히 칼슘의 저장고로도 알려져 있는 소포체는 노화에 의한 세포사멸에도 관여하여, 노인성 질환을 개선 및 치료하기 위한 중요한 치료 타깃으로써 활발한 연구가 진행되고 있다. 이번 연구결과는 형광공명에너지전이(FRET)기반 기술로 기존 형광염색 측정의 단점으로 알려진 세포 내부에 존재하는 측정 방해요소를 해결했다. 연구진은 센서의 감지 부분을 담당하고 있는 단백질 펩타이드 특정 부위의 구조를 변화시켜 소포체 내 고농도상의 미묘한 칼슘 변화에 효율적으로 반응하고 탐지할 수 있도록 민감도 부분을 기술적으로 크게 개선하여, 기존 측정방법에 비해 약 2배 이상의 탐지 효율성을 갖도록 하였다. 연구진은 실제로 센서의 세포주입 실험에서 칼슘농도를 일시적으로 감소시키는 아데노신 삼인산(ATP) 처리를 하였을 때, 소포체 내의 칼슘 변화가 형광신호로 탐지되는 세포이미징을 통해 검증했다.

신규 개발된 칼슘센서가 주입된 세포의 소포체에서의 칼슘 농도 변화 측정 (붉은 부분일수록 칼슘 고농도, *아데노신 삼인산 (ATP) 처리시 칼슘 변화 측정)

KIST 정상훈 센터장과 부산대 김태진 교수는 “이번 연구성과로 다양한 질환에서의 세포 소포체 내 칼슘의 역할 및 상호작용 이해를 위한 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있으며, 향후 노인성 질환 조기진단 및 천연물·약물 개발과정에서 필요한 생리활성 기전 및 효능 검증에 유용하게 사용될 것으로 전망하고 있다”고 말했다.

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업을 통해 수행되었으며, 국제학술지인 ‘센서스 앤 엑츄에이터스 비-케미칼’(Sensors and Actuators B : Chemical, IF: 5.401, JCR: 3.45%) 8월호에 게재되었다.

 

 * (논문명) Development of an endoplasmic reticulum calcium sensor based on fluorescence resonance energy transfer
     - (제1저자) 부산대학교 생명과학과 김태진 교수
     - (공동저자) 한국과학기술연구원 김경아 박사과정
     - (교신저자) 한국과학기술연구원 정상훈 책임연구원