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
188 김선창 교수 송암학술상 수상 과사무실 2003.12.24 9815
187 변시명 교수 기초과학 교과목 우수강의상 수상 1 과사무실 2004.03.18 9798
186 김진우 교수, 교과부 '글로벌연구실 사업'의 신규 지원과제에 선정! 과사무실 2009.06.25 9781
185 학사과정 김유나 학생, 2008학년도 인성장학생으로 선정! 과사무실 2008.12.09 9781
184 송지준 교수, PNAS 게재 (2012.8) 과사무실 2012.12.11 9779
183 강은채 학생 창의활동상 수상 과사무실 2004.02.20 9766
182 김근화 박사, 김승균 박사, 박상욱 박사, 2012년도 이공분야 '학문후속세대양성사업' 선정 과사무실 2013.01.02 9764
181 이규리 학생(박태관 교수님 Lab), ICMAT 2009 & IUMRS-ICA 2009 Best Poster Award 수상 과사무실 2009.07.13 9762
180 김대진 학생 (전상용 교수님 Lab) 생화학분자생물학회(KSBMB) Sanofi 신약 연구상 수상! 과사무실 2014.05.29 9752
179 김세윤 교수, 김은하 박사과정 학생 Science Advances 논문 게재(2017.04) / Prof. Seyun Kim and Eunha Kim, a Ph.D. candidate published a paper in Science Advances (2017.04) new new 생명과학과 2017.05.02 9747
178 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 9735
177 최길주 교수, 정진길 박사 Nature Communications지 논문 게재 (2014. 8) 과사무실 2014.09.12 9724
176 강창원, 김은준 교수팀, ADHD 유전자 찾았다 과사무실 2011.04.18 9681
175 송세라, 박영균 학생 김보정 기초과학장학생으로 선발 과사무실 2006.09.13 9667
174 전상용 교수, Cancer Research게제(2014.2) 과사무실 2014.03.12 9665
173 이균민 교수 생명과학과 학과장 취임 과사무실 2007.09.13 9655
172 생명과학과 박태관 교수, 새로운 항암유전자 전달시스템 개발 과사무실 2008.07.08 9641
171 최길주 교수, PNAS(P Natl Acad Sci USA) 4월호에 논문 게재 과사무실 2009.04.23 9627
170 [대덕넷] 임대식 교수 이달의 과기인상 수상 과사무실 2004.08.30 9613
169 Raghu P. Kataru(고규영 교수님 Lab), Blood 지 게재 승인 과사무실 2009.04.06 9586
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 15 Next
/ 15