KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

허원도 교수님 사진.jpg

< 허 원 도 교수 >


카이스트 생명과학과 허원도 교수 연구팀(기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단)이 신호전달 스위치단백질의 활성을 모니터링하는 새로운‘바이오센서’를 개발하고 살아있는 생쥐의 신경세포 활성화를 관찰하는데 성공했다.


이번 연구를 통해 암세포의 이동과 신경세포 활성화 등 다양한 세포 기능에 관여하는 신호전달 스위치 단백질의 변화무쌍한 과정을 실시간으로 볼 수 있을 것으로 기대된다.


이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)에 1월 14일자 온라인 판에 게재됐다.


세포의 신호전달 스위치 단백질은 스위치가 켜지면 기계가 작동하듯 활성화 여부로 세포의 기능을 제어한다. 대표적인 신호전달 스위치단백질인 small GTPase은 세포의 이동, 분열, 사멸과 유전자 발현 등에 관여한다. 핵심 단백질인 small GTPase를 제어할 수 있다면 세포의 기능도 조절할 수 있어 많은 연구팀들이 연구주제로 삼고 있다.


허원도 교수 연구팀이 그간 연구 노하우를 바탕으로 개발한 새로운 바이오센서는  small GTPase 활성의 모든 변화 과정을 실시간으로 볼 수 있는 도구다. 광유전학과 결합해 다양한 방식으로 관찰이 가능하고 민감도가 커 생체 내 두꺼운 조직 안에서 벌어지는 수 나노미터(nm) 크기의 변화까지도 정밀하게 볼 수 있다는 게 특징이다. 고감도 성능을 이용하면 살아있는 동물의 암세포 전이 및 뇌 속 신경세포의 구조변화를 관찰할 수 있어 향후 강력한 이미징 기술이 될 것으로 기대된다.


일반적으로 small GTPase의 활성을 관찰하는 데엔 형광 공명 에너지전달(FRET) 방식을 이용했다. 하지만 FRET 방식은 광유전학과 광 파장이 겹쳐 정작 관찰해야 할 세포신호의 변화는 보기가 어려웠다. 또 민감도가 낮아 동물 모델에 적용하는 것도 제한적이었다.


연구팀은 단백질 공학 기술로 5가지 종류의 small GTPase 단백질의 바이오센서를 개발하고 두 가지 파장(488nm, 561nm)에서 관찰이 가능한 바이오센서를 개발, 이를 동시에 분석하는데 성공했다. 연구진이 개발한 바이오센서는 기존 바이오센서가 청색광을 활용하는 광유전학 기법의 파장과 겹치는 문제를 효과적으로 극복해 세포의 이동방향을 살피면서 동시에 공간적 기능도 분석할 수 있는 장점이 있다.


연구팀은 유방암 전이 암세포에 바이오센서를 발현시키고, 광유전학 기술로 암세포 이동 방향을 조절하자 small GTPase 단백질이 활성화됨을 확인했다. 이 과정에서 암세포의 이동 방향이 변할 때, 세포 내 small GTPase가 이리저리 움직이며 활성화하는 모습을 실시간 이미징하는데 성공했다. 연구진은 small GTPase의 활성을 실시간으로 탐지해 추후 암치료물질을 탐색하는 등 다방면의 기술 접목이 가능할 것으로 전망한다.


더 나아가 IBS 연구진은 미국 막스 플랑크 플로리다 연구소(Max Plank Florida Institute)의 권형배 박사 연구팀과 공동연구를 진행했다. 연구진은 공 위를 달리는 실험으로 깨어있는 생쥐인 실험군과 마취된 대조군의 뇌 영역의 운동 피질의 신경세포에서의 small GTPase단백질의 활성을 비교하는데 성공했다. 살아있는 쥐에서 수 나노미터 단위의 신경세포 수상돌기 가시 수상돌기 가시에서 실시간으로 변화하는 small GTPase 단백질의 활성을 관찰한 것은 이번이 처음이다.


이번에 개발된 바이오센서는 시냅스처럼 수 마이크로미터 단위의 미세한 구조에서도 목표한 단백질을 관찰할 수 있을 만큼 민감도가 크다. 실험쥐의 운동행동과 같은 생리학적 현상에 지장을 주지 않는 자연스러운 상태에서 뇌 영역을 바로 실시간으로 관찰할 수 있어 뇌 관련 연구에도 다양하게 적용될 수 있다.


연구를 이끈 허원도 교수는 “이번 연구는 small GTPase 단백질을 생체 내에서 관찰하기 위한 기존의 바이오센서들의 기술적 한계를 극복하는데 성공했다”며 “특히 청색 빛을 활용한 광유전학 기술과 동시에 적용할 수 있어 다양한 세포막 수용체와 관련된 광범위한 세포신호전달연구와 뇌인지과학연구에 접목이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.



바이오센서 개발 뉴스1.jpg

그림1. small GTPase 바이오센서 개발


바이오센서 개발 뉴스2.jpg
그림2. small GTPase 바이오센서를 이용해 유방암 전이 암세포 관찰
바이오센서 개발 뉴스3.jpg
그림3. 운동 행동중인 생쥐 실시간 관찰


List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
36 [김상규 교수님] 단일세포 RNA 시퀀싱을 통한 꽃향기 합성 유전자 발굴​ 생명과학과 2022.02.15 344
35 [허원도, 윤기준 교수님] 제51주년 개교기념식 개교기념 우수교원 포상 및 특별포상에서 학술상, 우수강의상 수상 생명과학과 2022.02.16 365
34 [김대수 교수님] '유퀴즈' 뇌과학자 김대수, 깻잎 논쟁 "절대로 해선 안 되는 행동" 생명과학과 2022.02.17 578
33 [최길주, 김상규 교수님] 카오스재단 2022 봄 카오스강연 ‘식물행성 (Plant Planet)’ 에서 강연(4/6) 생명과학과 2022.02.22 324
32 [정원석 교수님] 제28회 삼성휴먼테크 논문대상에서 생명과학과 변유경 학생 은상 수상​ 생명과학과 2022.03.02 385
31 [서성배 교수님] 육감 센서 찾는 서성배 카이스트 생명과학부 교수 생명과학과 2022.03.03 549
30 [손종우 교수님] 서울의대동창회, 제25회 함춘학술상 수상자 선정 생명과학과 2022.03.08 310
29 [메디포럼 정재언 대표] 메디포럼, 정재언 연구소장 신임 대표이사 선임…“임상 R&D 중심 경영 집중” 생명과학과 2022.03.14 224
28 충북도, 글로벌 바이오 캠퍼스 유치에 KAIST와 '맞손' 생명과학과 2022.03.15 312
27 [오병하 교수님] 뉴스의인물/ KAIST 생명과학과 오병하 교수 생명과학과 2022.03.21 392
26 [김대수 교수님] 제약바이오협회, ‘KPBMA-MIT 생명과학 컨퍼런스’ 개최 생명과학과 2022.03.28 359
25 [강창원, 서연수 교수님] RNA 합성의 세 갈래 끝내기 제시​ 생명과학과 2022.03.31 366
24 [임정훈 동문교수님] “초파리로 루게릭병 잡는다” 임정훈 분자생물학자 생명과학과 2022.04.04 429
23 [조병관 교수님] 카이스트 조병관 교수팀, 합성생물학 기반 차세대 미생물 대사 조절 밸브 개발 생명과학과 2022.04.15 759
22 [김대수 교수님] 네이버 열린연단 '자유와 이성' 주제로 시즌9 강연 시작 생명과학과 2022.04.22 325
21 [루닛 서범석 대표] 바이오업계 유니콘 기대 루닛, 서범석 '치료 예측 AI' 고도화 박차 생명과학과 2022.04.27 288
20 [송지준 교수님] 호르몬 조절 원리와 구조 밝혀냈다 생명과학과 2022.05.06 468
19 [김상규 교수님] 꽃향기, 이젠 눈으로 보세요!​ 생명과학과 2022.05.10 472
18 [김세윤, 이대엽 교수님] "후성유전 조절하는 핵심 분자기전 찾았다" 생명과학과 2022.06.02 517
17 [조병관 교수님] 이산화탄소 흡수해 아세트산 만드는 '친환경 미생물' 5종 발견 생명과학과 2022.06.17 2503
Board Pagination Prev 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Next
/ 20