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
237 故 박태관 교수가 남기고 간 '흔적'…세계적 학술지 '주목' 과사무실 2011.05.12 10697
236 임대식 교수님 실험실 (김민철 박사과정) The Embo Journal 게재(2013.5) 과사무실 2013.07.05 10677
235 김은준 교수, 기초과학연구원(IBS) 연구단장 10명에 선정! 과사무실 2012.05.09 10645
234 [대덕넷] 노화억제 비밀 밝혀낸 김태국 교수...연구성과 집대성 '풀베팅' 과사무실 2006.06.12 10628
233 [서울경제] 생물분야: KAIST 생물사업단 선정 과사무실 2004.12.10 10613
232 [조선일보] 생명과학과 김정회교수팀...자일리톨 추출 신기술 개발 과사무실 2007.08.29 10596
231 KAIST 김태국 교수 신약개발 사이언스지 발표 과사무실 2005.07.01 10589
230 홍성태 박사, 하국선 박사, 2011년도 이공분야 "학문후속양성사업" 선정! 과사무실 2011.09.16 10572
229 생명과학과 신임교원 오병하 박사 부임 소개 (2009.9.1) 과사무실 2009.09.10 10477
228 허원도 교수, Nature Communications 게재(2013.2) 과사무실 2013.02.22 10468
227 고규영 교수님 Circulation Research 논문 COVER게재 과사무실 2007.03.21 10451
226 우주연 학생(김은준 교수님 Lab), 로레알-유네스코 펠로쉽 수상 과사무실 2009.06.23 10431
225 서연수 교수 생명과학상 수상 과사무실 2003.09.08 10341
224 허원도 교수, Chemistry & Biology지 표지논문 게재 과사무실 2014.07.22 10329
223 '마크로젠 과학자상'에 카이스트 김진우 교수 선정 생명과학과 2017.09.12 10306
222 조병관 교수, 세계경제포럼 Young Scientist 에 선정! 과사무실 2012.09.17 10272
221 김대수 교수, 제 58회 3-1 문화상 수상자로 선정 file 생명과학과 2017.02.02 10250
220 송지준 교수, 김은지 박사 Molecular Cell에 논문 게재(2015) / Prof. Ji-Joon Song and PhD. Eun-Ji Kim published a paper at Molecular Cell (2015) 과사무실 2015.07.29 10249
219 "당뇨병 합병증 치료단백질 개발!" - 고규영교수팀 과사무실 2006.03.14 10205
218 한용만 교수(박상욱 박사과정), Blood 지에 논문 게재! 과사무실 2010.11.19 10163
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 14 Next
/ 14