KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

허원도 교수님 사진.jpg
< 허 원 도 교수 >


생명과학과 허원도 교수 연구팀(기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단)이 살아있는 생쥐의 머리에 빛만 비춰도 생쥐 뇌 유전자 발현을 제어할 수 있는 시스템을 개발했다.


매우 약한 빛에도 반응하도록 유전자 재조합 효소를 설계해 원하는 위치와 타이밍에 효소를 활성화할 수 있다. 많은 시간과 재원이 소요되는 유전자 변형 실험 모델을 만들지 않아도 특정 유전자 발현을 유도할 수 있어 활용이 매우 클 것으로 기대된다.


이번 연구결과는 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 1월 19일자 온라인 판에 게재됐다.


연구팀이 개발한 Flp 유전자 재조합 효소는 빛에 민감하게 반응해 활성화된다. 수술이 아닌 LED 빛을 쏘는 비침습성(non-invasiv

e) 방식만으로도 유전자의 발현을 유도할 수 있어 물리적․화학적 손상에 의한 부작용도 최소화할 수 있다.


Flp 유전자 재조합 효소는 말 그대로 유전자를 자르고 재조합하는 기능을 지녀 유전자 형질 전환 실험모델을 만드는 등 다방면으로 활용됐다. 광유전학 기술에 응용하려는 시도가 있었으나 빛 없이도 스스로 조립(auto-assembly)돼버려 제어가 어려웠다. 뇌 속으로 빛을 직접 전달하려면 광섬유를 집어넣는 수술 과정도 필요했다.


연구팀이 개발한 광활성 Flp 유전자 재조합 효소(이하 PA-Flp 단백질)는 비활성화 상태에서도 빛을 받으면 결합되면서 활성화된다. 연구진은 단백질 공학을 통해 기존에는 잘 알려지지 않았던 Flp 재조합 효소를 활성화하는 위치를 찾는 힌트를 얻어 PA-Flp 단백질을 설계했다. PA-Flp 단백질의 발현 정도는 적색 형광단백질을 붙여 쉽게 알아볼 수 있도록 만들었다.


PA-Flp 단백질은 매우 적은 양으로도 반응하는 민감도를 지녔다. 연구진은 기억을 관장하는 쥐의 뇌 해마 부위에 PA-Flp 단백질을 넣은 뒤 약 30초 동안 LED를 머리 부분에 비추는 실험을 진행했다. 그 결과 생쥐 뇌의 깊은 조직 영역에 도달하는 매우 적은 양의 빛으로도 PA-Flp 단백질이 활성화된 것을 확인했다.


생쥐에게 쏜 빛은 1-2mW/mm2로 실생활에서 사용하는 휴대폰의 손전등 혹은 발표 시 이용하는 레이저 포인터 정도의 세기다. 연구진은 물리적 손상을 전혀 일으키지 않는 비침습성 방식으로도 유전자 발현을 조절하는데 성공한 것이다.


또한 연구진은 행동을 재현하고 검증하는 실험에 나섰다. 해마보다 더 깊숙한 곳에 있는 내측 중격(~3.5mm) 뇌 내측 중격(medial septum): 기억의 중추 역할을 담당하는 해마와 연결된 부위에는 칼슘 채널이 존재하는데 이 칼슘 채널의 발현이 억제되면 물체를 탐색하는 능력이 증가한다는 기존의 연구에 착안하여 실험을 설계했다.


연구진은 내측 중격에 PA-Flp 단백질을 도입하고 LED 빛을 쏘자 칼슘 채널의 발현이 억제됨을 확인했다. 실제 PA-Flp 단백질이 활성화된 실험군은 물체를 탐색하는 능력이 대조군에 비해 훨씬 커져 물체 주변으로 더 많은 움직임을 기록했다.


이번 연구는 빛으로 원하는 타이밍에 유전자를 자르고 재조합하는 효소를 개발해 향후 광유전학에 응용가치가 클 것으로 기대된다. 특정 유전자가 변형된 실험모델을 제작하는데 오랜 시일과 연구비가 투입되는데 반해 이 기술을 활용하면 빛만 쏘는 방식으로도 원하는 유전자를 쉽고 빠르게 조절할 수 있기 때문이다. 또한 광섬유를 심는 별도의 수술 없이도 연구자가 사용하기 간편하고 비용도 저렴하다.


허원도 교수는 “실험쥐의 생리학적 현상에 영향을 줄 수 있는 물리적, 화학적 자극이 거의 없이 LED로 원하는 특정 유전자 발현을 조절할 수 있는 것이 큰 장점이다”라며 “향후 다양한 뇌 영역을 탐구하는데 널리 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.


                  효소개발뉴스1.jpg

                 그림1. PA-Flp 작동원리 및 발현


효소개발뉴스3.jpg
그림2. 물체 탐색 능력이 증가함을 실험으로 확인



List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
284 홍철암 박사과정(김학성 교수 Lab), ICMAT 2011에서 The Best Poster Award 수상! 과사무실 2011.07.06 10462
283 홍성태 박사, 하국선 박사, 2011년도 이공분야 "학문후속양성사업" 선정! 과사무실 2011.09.16 10930
282 허원도,김대수,한용만 교수 공동연구팀,Nature Biotechnology지에 표지논문 게재 file 생명과학과 2015.10.12 33560
281 허원도 교수와 양희원, 최하나 학생 Freshman Design Course에서 최우수상 수상! 과사무실 2009.09.07 10280
280 허원도 교수, 심장질환 원인신호 전달 메커니즘 규명 과사무실 2010.12.20 11170
» 허원도 교수, 빛만 비춰도 유전자 발현 조절하는 효소 개발 file 생명과학과 2019.01.21 1503
278 허원도 교수, 변화무쌍 스위치 단백질 관찰하는 바이오센서 개발 file 생명과학과 2019.01.16 2589
277 허원도 교수, 박혜림 박사, 김나연 박사과정 학생 Nature Communications지 논문 게재(2017.06) file 생명과학과 2017.06.26 10613
276 허원도 교수, 김진만 박사, 이민지 박사과정 학생 PNAS지에 논문 게재(2016.05) / Prof. Won-Do Heo, PhD. Jin-Man Kim and Min-Ji lee publish an article in PNAS (2016.05) 생명과학과 2016.05.18 8238
275 허원도 교수, Trang T. T. Nguyen박사 PNAS지에 논문 게재(2016.08) / Prof. Won Do Heo, PhD. Trang T. T. Nguyen publish an article in PNAS (2016.08) 생명과학과 2016.08.25 9615
274 허원도 교수, Nature Methods 게재 (2014. 5) 과사무실 2014.05.08 15340
273 허원도 교수, Nature Communications지 논문 게재 (2014. 6) 과사무실 2014.06.05 9768
272 허원도 교수, Nature Communications 게재(2013.2) 과사무실 2013.02.22 10871
271 허원도 교수, Mol Cell 과 JMCB 에 논문 게재! 과사무실 2012.06.11 11228
270 허원도 교수, Mai Khanh Nguyen 박사과정 학생 Nature Chemical Biology 논문 게재(2016.04) / Prof. Won Do Heo and Mai Khanh Nguyen Ph.D. published a paper in a Nature Chemical Biology(2016.04) 생명과학과 2016.04.12 8905
269 허원도 교수, ECLIPSE 기술 개발 PNAS지 게재 과사무실 2010.02.10 9278
268 허원도 교수, Chemistry & Biology지 표지논문 게재 과사무실 2014.07.22 10726
267 허원도 교수, 2017년도 4월 「이달의 과학기술인상」 으로 선정 생명과학과 2017.02.07 12134
266 한진희 교수님 실험실 (김지은 Post-doc, 권정태 박사과정) Nature Neuroscience 개제 과사무실 2014.01.21 11753
265 한진희 교수, 원혜정 학생(김은준 교수 Lab) 2009' 청암 과학펠로 선정! 과사무실 2009.11.27 10544
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 15 Next
/ 15