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
38 [강창원, 서연수 교수님] RNA 합성의 세 갈래 끝내기 제시​ 생명과학과 2022.03.31 369
37 [조병관 교수님] 한국연구재단, 노화 방지하고 회춘하는 방법 제시 생명과학과 2022.01.13 369
36 [조원기 교수님] 세포 기능 결정에 핵심 역할 유전자 발현 단백질 찾았다 생명과학과 2021.12.24 369
35 [김대수 교수님] 제약바이오협회, ‘KPBMA-MIT 생명과학 컨퍼런스’ 개최 생명과학과 2022.03.28 365
34 [허원도, 윤기준 교수님] 제51주년 개교기념식 개교기념 우수교원 포상 및 특별포상에서 학술상, 우수강의상 수상 생명과학과 2022.02.16 365
33 [김상규 교수님] 식물 유전자 비밀 푸는 김상규 카이스트 교수 생명과학과 2021.11.24 362
32 [김학성 교수님] 카이스트, 거대 단백질 구조체를 레고 블록 쌓듯 조립하는 기술 개발 생명과학과 2021.11.24 360
31 [김상규 교수님] 단일세포 RNA 시퀀싱을 통한 꽃향기 합성 유전자 발굴​ 생명과학과 2022.02.15 346
30 [허원도 교수님] 빛으로 뇌 기능, 행동, 감정을 자유롭게 조절한다​ 생명과학과 2021.12.03 342
29 [이주형 학부생] 포스텍SF 어워드에서 생명과학과 학부생 이주형, 단편 부문 가작 선정 생명과학과 2022.02.10 340
28 이승희 교수님_시각 정보 인식해 행동 결정하는 대뇌 신경회로 과정 밝혀 생명과학과 2021.08.30 333
27 [김대수 교수님] 네이버 열린연단 '자유와 이성' 주제로 시즌9 강연 시작 생명과학과 2022.04.22 326
26 [최길주, 김상규 교수님] 카오스재단 2022 봄 카오스강연 ‘식물행성 (Plant Planet)’ 에서 강연(4/6) 생명과학과 2022.02.22 326
25 [김찬혁, 정원석 교수님] 심각한 염증 부작용 없앤 새로운 알츠하이머병 치료제 개발​ 생명과학과 2022.08.22 322
24 [한진희 교수님] 카이스트, 뉴런(신경 세포) 교체에 의한 기억저장 규명 생명과학과 2021.11.24 315
23 충북도, 글로벌 바이오 캠퍼스 유치에 KAIST와 '맞손' 생명과학과 2022.03.15 313
22 [손종우 교수님] 서울의대동창회, 제25회 함춘학술상 수상자 선정 생명과학과 2022.03.08 313
21 [김세윤, 정원석, 손종우 교수님] 인공지능 기반 약물 가상 스크리닝 기술로 신규 항암 치료제 발굴 성공 생명과학과 2022.08.12 303
20 [오병하 교수님] 오미크론에도 듣는 범용 항체, 국내에서 개발 생명과학과 2022.02.04 301
19 [정원석 교수님] 카이스트, 노화된 뇌에서 생겨난 비정상적 별아교세포 ‘아프다(APDA)’발견 생명과학과 2022.08.08 296
Board Pagination Prev 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Next
/ 20