빛으로 세포 내 단백질 원격조정하는 기술 개발

허원도 교수팀 연구 성과, 단백질 기능 분석 기여 전망

허원도 그룹리더

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 빛을 세포 내 단백질을 원격조정할 수 있는 기술을 개발했다.

미래창조과학부는 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 허원도 바이오이미징 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀이 빛을 이용해 세포 내 특정 단백질의 기능을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

광유도 분자올가미(LARIAT)라는 이름이 붙여진 이 기술은 세포에 빛을 쬐어 주었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질의 복합체인 올가미가 형성하고 원하는 단백질을 움직이지 못하게 가둬 특정 단백질의 기능을 차단하는 원리다.

연구진은 이 원리를 이용하면 세포분열과 암세포 분열을 막을 수 있어 앞으로 암세포 연구 및 암 신호전달 연구에 유용하게 활용될 것으로 기대하고 있다.

이번 성과는 광유도 분자올가미 기술을 통해 세포의 이동, 세포분열 등의 중요한 생명현상들을 어떠한 약물 처리 없이 빛으로만 불활성화할 수 있고 이 모든 과정들을 빛을 켜고 끄는데 따라 쉽고 가역적으로 조절할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

다양한 종류의 단백질에 대해 실험한 결과 같은 방법으로 쉽게 기능을 차단할 수 있다는 점을 밝혀 이 기술이 광범위하게 적용될 수 있다는 사실도 확인했다.

지금까지는 동물 모델에서 유전적 또는 약물처리 방법을 통해 연구했으나 발달과정에서 대상 동물이 죽거나 부작용이 발생하고 특히 세포 내의 특정한 위치에서 단백질 기능을 조절할 수 없는 등 어려움이 있었다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 세계 최고권위의 저널인 네이처 메소 지난달 4일 온라인에 게재됐다(제1저자 : IBS 인지 및 사회성 연구단 이상규 박사, KAIST 생명과학과 박혜림 박사과정생, 교신저자 허원도 그룹리더).

허 교수는 “2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔고 지난해 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여하면서 광유전학기술 개발에 박차를 가할 수 있게 됐다”며 “현재 광유도 분자올가미 기술을 이용해 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이 및 뇌 과학 연구를 진행 중으로 궁극적으로는 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 밝혔다.

광유도 분자올가미 기술은 다중체 단백질과 청색광에 반응하는 애기장대 식물의 광유도 단백질의 상호작용을 인간세포에 적용해 빛에 의존적인 분자 올가미를 조립하고 원하는 단백질을 안에 가둬 기능을 저해하는 기술이다. 이 기술은 빛으로 원격 조정해 몸 안의 원하는 부위에서 특정 단백질의 기능을 마음대로 조절할 수 있다