세포 내 물질이동 빛으로 제어

▲ 허원도 IBS 인지 및 사회성 연구단 그룹리더. (사진제공=IBS)

생체막 올가미 기술 개발… 암ㆍ신경질환 치료 기여

막으로 이뤄진 세포 내 소기관의 이동을 빛으로 제어하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)는 인지및사회성 연구단의 허원도 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀이 세포 내 물질 수송을 조절하는 새로운 광유전학 기술인 ‘생체막 올가미(IM-LARIAT)’ 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

이는 세포 내 물질 수송의 단계별 메커니즘을 규명해 암과 신경질환 치료에 새로운 해법을 제시할 수 있을 것으로 보인다.

생체막 올가미 기술은 청색 빛에 반응하는 식물 단백질과 생체막의 여러 기능을 조절하는 다양한 랩 단백질을 융합한 융합단백질을 발현시키는 기술이다.

세포 내에는 엔도좀(endosome), 리소좀(lysosome), 엑소좀(exosome) 등 막으로 이루어진 다양한 막 구조 세포 소기관이 존재한다.

막 구조 세포 소기관은 세포의 성장과 분열에 밀접한 세포의 기본 기능인 물질 수송과 물질 분비, 신호전달과정 등에 관여한다.

보통 세포 내 물질수송은 역동적으로 움직이는 막 구조 세포소기관들이 맡는다.

그러나 세포소기관의 복잡한 움직임을 제어할 방법이 없어 관련 연구는 거의 시행되지 않았다.

이에 연구팀은 청색 빛에 반응하는 식물의 청색광 수용 단백질에 세포소기관의 생체막 성분인 랩단백질(Rab small GTPase)을 결합한 융합단백질을 만들었다.

또 융합단백질을 실험동물 암세포와 신경세포에 발현시키고 나서, 청색 빛을 비춰 세포소기관들이 서로 응집하면서 이동이 일시 정지되는 현상도 확인했다.

그중 생체막올가미 기술을 적용한 신경세포에 청색 빛을 비추면 엔도좀들의 이동이 정지하고 신경세포 성장원추(growth cone)의 성장이 느려지는 것을 알아냈다.

그러나 빛을 끄면 다시 빠르게 성장했다.

인간 세포에는 랩 단백질이 60가지 이상이 있다.

이 중 제어하고자 하는 세포소기관의 랩 단백질을 청색광 수용 단백질에 결합하면 원하는 세포소기관의 기능을 제어할 수 있다.

이 연구는 약물이나 전기 자극이 아닌 빛을 비추는 비침습적(non-invasive) 방법으로 세포소기관들의 이동을 제어하는 것에 의미가 있다.

생체막올가미 기술을 응용하면 빛으로 신경세포 분화와 암세포 물질수송을 제어할 수 있어 암과 신경질환 치료에 이바지할 것으로 전망된다.

허 교수는 “살아있는 세포 내 다양한 막 구조 세포소기관들을 빛으로 제어한 것으로 적외선이나 소형 광원을 이용한 생체막 관련 질환 치료법이나 신경세포재생연구로 발전시킬 수 있을 것”이라고 설명했다.

이 연구결과는 지난 12일 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ 청색 빛에 의한 막 구조 세포 소기관의 이동 조절. (사진제공=IBS)