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
248 최길주 교수, 김정현 박사과정 학생 The Plant Cell 게재(2016.06) / Prof. Giltsu Choi and Junghyun Kim, a Ph.D. candidate published a paper in The Plant Cell (2016.06) 생명과학과 2016.07.05 9261
247 최길주 교수, The Plant Cell 게재 (2013.12) 과사무실 2013.12.18 9322
246 최길주 교수, PNAS에 논문 게재! 과사무실 2011.01.12 8728
245 최길주 교수, PNAS(P Natl Acad Sci USA) 4월호에 논문 게재 과사무실 2009.04.23 9621
244 최길주 교수, PNAS 에 논문 게재! (2012. 1 online) 과사무실 2012.01.13 7824
243 최길주 교수, Plant Cell 2월호에 논문 게재 과사무실 2009.04.02 8648
242 최길주 교수, KAIST 지정 석좌교수 임명 / Prof. Giltsu Choi is appointed KAIST-chair professor. 생명과학과 2016.03.16 10574
241 최길주 교수 美 광생물학회 학술지 부편집장으로 선임 과사무실 2003.09.22 10174
240 최광욱 교수님 실험실 목정완 박사과정 학생, '2017 페임랩 코리아’ 대상 수상 생명과학과 2017.05.15 14732
239 최광욱 교수, 홍성태 박사 Nature Communications 논문 게재(2016.09) / Prof. Kwang-Wook Choi and Dr. Sung-Tae Hong published a paper in Nature Communications 생명과학과 2016.10.06 8194
238 최광욱 교수, 2014 국내 바이오분야 연구성과 및 뉴스 Top5 선정 / Prof. Kwang-Wook Choi was selected as Top 5 news of 2014 in domestic bio research field 과사무실 2015.01.15 9270
237 초파리의 일주기 리듬에 관여하는 새로운 유전자 발견... 최준호 교수 연구팀 과사무실 2007.07.20 9929
236 주형석 박사와 김은진 학생(강창원 교수 Lab), ‘2009 캠퍼스 특허전략 유니버시아드 대회’에서 기업 CEO상을 수상! 과사무실 2009.12.02 10351
235 조홍석 박사과정 학생, Traveling Award 및 Best Presentation Award 수상 과사무실 2010.07.16 8346
234 조병관 교수, 세계경제포럼 Young Scientist 에 선정! 과사무실 2012.09.17 10657
233 제1회 젊은 파스퇴르상 카이스트 석권! 과사무실 2010.03.03 8663
232 정형록 박사과정 학생, 최광욱 교수 Development Cell 게재(2016.02) / Hyung-Lok Chung, a Ph.D candidate and Prof. Kwang-Wook Choi published a paper in Dev. Cell (2016.02) 생명과학과 2016.03.11 8540
231 정현정 교수, 한국 로레알-유네스코 여성과학자상 펠로우십 수상 file 생명과학과 2019.07.04 1042
230 정종경 교수 이달의 과학기술자상 12월 수상자로 선정 과사무실 2006.12.11 9267
229 정인경 교수, 인체 조직읜 3차원 게놈지도 해독 file 생명과학과 2019.09.25 599
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 15 Next
/ 15