`형광 분자 결합쌍`으로 세포 자가포식 실시간 관찰

IBS 복잡계 자기조립 연구단
국내 연구진이 세포 자가포식 과정에서 세포 내 소기관의 움직임을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기분 포스텍 화학과 교수·사진)은 강력한 형광 분자 결합쌍을 이용해 세포 자가포식에 관여하는 세포 내 소기관의 움직임을 관찰하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

세포는 영양이 부족해지면 분해효소를 지닌 세포 소기관이 불필요한 세포 소기관을 분해해 재활용하는데, 이를 자가포식이라고 한다. 자가포식이 제대로 일어나지 않으면 세포는 충분한 에너지를 확보할 수 없어 죽게 된다.

세포 자가포식은 리소좀과 같이 분해 효소를 지닌 소기관과 분해될 다른 소기관이 만나 이뤄진다. 기존 연구에서는 자가포식에 관여하는 두 세포 소기관을 관찰하기 위해 형광 단백질을 주로 이용했다. 하지만 자가포식 과정 중 분해 효소로 인해 형광 단백질이 함께 분해되는 탓에 자가포식 현상을 안정적으로 관찰하기 어려웠다.

IBS 연구진은 형광 분자 결합쌍인 '쿠커비투릴' 분자와 '아다만탄아민' 분자의 특이적 결합 원리를 이용해 자가포식이 일어나는 세포 소기관의 움직임을 보다 안정적으로 관찰하는 데 성공했다. 자가포식 과정에서 함께 사라지는 형광 단백질과 달리 연구진이 개발한 형광 분자 결합쌍으로는 세포 소기관 각각의 움직임 뿐만 아니라 두 소기관의 융합 과정도 확인할 수 있다.

연구진은 형광 분자 결합쌍을 활용해 리소좀과 미토콘드리아의 자가포식 과정을 실시간으로 관찰했다. 뇌세포에서 미토콘드리아가 고장 난 채 적절하게 분해되지 않으면 퇴행성 뇌질환으로 이어질 수 있다. 연구진은 쿠커비투릴과 아다만탄아민 분자 각각에 형광 분자를 붙이고, 쿠커비투릴은 리소좀을, 아다만탄아민은 미토콘드리아를 인지할 수 있도록 했다. 또 자가포식하는 과정을 관찰하기 위해 리소좀과 미토콘드리아가 융합할 때 형광이 나타나도록 고안했다.

김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단장은 "이번 연구에서 개발한 이미징 기술을 신경세포에 적용하면 퇴행성 신경질환의 세포 자가포식 현상을 명확히 규명할 수 있는 계기를 마련할 것"이라며 "앞으로 암, 감염병, 노화 등의 치료와 신약 개발 연구 분야 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 독일 응용화학회지 온라인판에 게재됐다.

남도영기자 namdo0@