세포 내 단백질 기능 조절하는 분자 올가미 기술 개발

빛으로 세포 내 단백질을 원격 조정한다!

- 네이처 메소드誌 게재, 빛으로 단백질의 기능을 원격조정하여 암세포 분열 차단 성공-

국내 연구진이 빛을 이용하여 세포 내 특정 단백질의 기능을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다.

광유도 분자올가미(LARIAT)*로 명명된 이 기술은 세포에 빛을 쬐어주었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질의 복합체인 올가미가 형성된다.

이 올가미를 이용하여 원하는 단백질을 움직이지 못하게 가둠으로써 특정 단백질의 기능을 차단하는 원리를 담고 있다.

* LARIAT : 본래 올가미 밧줄(동물을 잡기위해 한쪽 끝을 고리모양으로 묶은 밧줄)을 뜻하는 명사로 연구팀이 개발한 기술의 의미를 부여하여 LARIAT(Light-Activated Reversible Inhibition by Assembled Trap)라 표현함

이 원리를 이용하면 세포분열을 인위적으로 막을 수 있고, 특히, 암세포 분열을 막을 수 있어 앞으로 암세포 연구 및 암 신호전달 연구에 유용하게 활용될 것이라고 한다.

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 끔에 따라 매우 쉽고, 가역적으로 조절할 수 있다는 사실을 밝혀냈다는 점에서 획기적이다.

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

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

이번 연구는 미래창조과학부 산하 기초과학연구원(IBS)의 인지 및 사회성 연구단(단장 신희섭) 허원도 바이오이미징 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수)* 연구팀에 의해 이루어졌다.

연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 세계 최고권위의 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 23.565) 6월호에 소개될 예정이다. (5월 4일 온라인 논문 게재)

* (논문제목) 광유도 분자올가미에 의한 단백질 기능의 가역적 저해방법 개발(Reversible protein inactivation by optogenetic trapping in cells)

* (제1저자) IBS 인지 및 사회성 연구단 이상규 박사, KAIST 생명과학과 박혜림 박사과정생

* (교신저자) IBS 인지 및 사회성 연구단 허원도 그룹리더(KAIST 생명과학과 부교수)

허원도 교수는 2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학(optogenetics)과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔고 2013년 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여하면서 광유전학기술 개발에 박차를 가할 수 있게 되었다면서

“현재 광유도 분자올가미 기술을 이용하여 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이 및 뇌 과학 연구를 진행 중”인데, “궁극적으로 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 전했다.

허 교수는 6월에 LARIAT 기술 이외에 광유전학(optogenetics)분야의 2개의 다른 원천기술도 해외 유수의 저널에 발표할 예정이다.