포스텍, 형광 단백질 센서로 세포 내 칼슘 측정 성공

연구 관련 이미지. <포스텍 제공>

포스텍 연구진이 두 단백질이 결합했을 때 형광(빛)을 내는 센서를 이용해 미토콘드리아와 소포체 사이의 막(이하 MAM) 내 칼슘 이온의 농도를 측정하는 데 성공했다. 이는 암과 퇴행성 뇌 질환 등을 진단하는 지표로 사용될 수 있다.

13일 포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환)은 생명과학과·융합대학원 박상기 교수, 생명과학과 우영식 교수·조은별 씨 연구팀이 두 단백질이 결합했을 때 형광을 내는 센서를 이용해 MAM 내 칼슘 이온의 농도를 측정하는 데 성공했다고 밝혔다.

포스텍에 따르면 MAM을 통한 칼슘 이온의 이동이 다양한 체내 메커니즘에 관여한다는 사실이 밝혀지면서 그 중요성이 강조되고 있다. 그러나 현재 기술로는 MAM 내부의 칼슘 이온의 농도를 직접 측정하는 데 어려움이 많다.

연구팀은 이번 연구에서 '이분자 형광 상보 기법(Biomolecular Fluorescence Complementation)'을 도입했다. 이 기법은 두 형광 단백질이 분리되어 있을 때는 형광을 내지 않다가 결합할 때 빛을 내게 하는 기법이다. 연구팀은 BRET(Bioluminescence Resonance Energy Transfer) 현상을 통해 체내 칼슘 이온의 농도를 측정하는 센서(CalfluxVTN)에 이 기법을 적용하여 MAM에서만 형광을 내는 센서(MAM-Calflux)를 개발했다.

그 결과, MAM 내부 칼슘 이온 농도를 실시간으로 측정할 수 있었으며, 다양한 조건에서 칼슘 이온 농도의 변화를 확인할 수 있었다. 또, 이미지 분석 조건을 바꿔 칼슘 이온과 관계없이 기본적인 MAM의 구조도 센서를 통해 확인할 수 있었다.

연구팀은 이를 활용해 뉴런의 돌기형 구조가 갈라지는 지점에 MAM이 많이 분포하며, 칼슘의 농도가 높게 유지되는 것을 확인했다. 이는 뉴런 발생 과정에서 MAM 내부의 칼슘 이온이 중요한 역할을 하고 있음을 보여주는 결과다.

또한, 알츠하이머병과 파킨슨병을 앓고 있는 쥐의 신경세포에서 MAM 구조와 칼슘 이온 농도가 정상 쥐와 차이가 있다는 것을 발견했다.

박상기 교수는 "그동안 기술적인 한계 때문에 간접적인 방법으로 MAM 내 칼슘 농도를 추측했었다"며 "연구팀이 개발한 센서를 이용해 칼슘 농도를 직접 측정해 다양한 연구에 기여할 수 있을 것"이라는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.

전준혁기자 jjh@yeongnam.com

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