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
239 [매일경제] 김은준 교수"퍼즐놀이하듯 신경세포 연구" 과사무실 2003.09.23 10912
238 [매일경제] 김학성 오은규 연구팀 나노입자 특성 이용해 단백질 상호작용 분석 과사무실 2005.03.22 7846
237 [서울경제] 생물분야: KAIST 생물사업단 선정 과사무실 2004.12.10 10679
236 [연합뉴스]신종 박테리아 5개중 1개꼴 한국과학자 발견...이성택교수 과사무실 2007.04.04 10054
235 [조선일보] AMPK유전자, 암세포 치료에도 이용...정종경 교수팀 과사무실 2007.05.08 8916
234 [조선일보] 김재섭 교수 고열에도 뇌손상 막는 유전자 최초 발견 과사무실 2005.01.31 8658
233 [조선일보] 생명과학과 김정회교수팀...자일리톨 추출 신기술 개발 과사무실 2007.08.29 10652
232 [중앙일보] 김재섭 교수 치매 막는 신물질 4종 발견 과사무실 2005.08.08 8787
231 [중앙일보] 생명과학과 박지혜 '로레알 여성생명과학상' 수상 과사무실 2006.06.22 10058
230 [한겨레] BK21 중간평가: 최우수사업단으로 선정 과사무실 2004.12.09 7599
229 [한겨레] 생체시계 시간 맞추는 유전자 국내 연구팀이 첫 발견-김재섭 교수팀 과사무실 2005.10.20 8013
228 [한국경제] STRONG KOREA-한국인 과학자가 뛴다...생명과학 과사무실 2006.11.13 11445
227 [한국경제] 고규영 교수 유력 바이오논문 6편 최다 발표 과사무실 2005.09.02 8580
226 [한국경제] 한국인 생명과학자가 최근 발표한 주요 연구 과사무실 2006.11.13 12732
225 ‘올해의 KAIST 교수상’ - 김재섭 교수 과사무실 2005.12.30 9598
224 故 박태관 교수가 남기고 간 '흔적'…세계적 학술지 '주목' 과사무실 2011.05.12 10793
223 故 박태관 교수님의 명복을 빕니다. 과사무실 2011.04.11 9492
222 靑 과기보좌관에 '여성과학인' 이공주 교수 임명 file 생명과학과 2019.02.22 1160
221 강은채 학생 창의활동상 수상 과사무실 2004.02.20 9449
220 강창원 교수 교무처장 인사발령 과사무실 2004.08.03 8913
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 14 Next
/ 14