빛으로 세포 내 단백질을 원격 조정한다 LARIAT 기술로 단백질 기능 원격 조정, 암세포 분열 차단 성공 국내 연구진이 빛을 이용해 세포 내 특정 단백질 기능을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다. 광유도 분자올가미(LARIAT)로 명명된 이 기술은 세포에 빛을 쬐었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질 복합체인 올가미가 형성된다.이 올가미를 이용해 원하는 단백질을 움직이지 못하게 가둠으로써 특정 단백질 기능을 차단하는 원리다. 광유도 분자올가미(LARIAT)는 본래 올가미 밧줄(동물을 잡기위해 한쪽 끝을 고리모양으로 묶은 밧줄)을 뜻하는 명사로 연구팀이 개발한 기술의 의미를 부여해 LARIAT(Light-Activated Reversible Inhibition by Assembled Trap)라 표현한다.연구진은 이 원리를 이용하면 세포분열을 인위적으로 막을 수 있고, 특히 암세포 분열을 막을 수 있어 앞으로 암세포 연구 및 암 신호전달 연구에 유용하게 활용될 것으로 기대하고 있다고 말했다.이번 성과는 LARIAT 기술을 통해 세포의 이동, 세포분열 등의 중요한 생명현상들을 어떠한 약물 처리 없이 빛으로만 불활성화할 수 있고, 이 모든 과정들을 빛을 켜고 끔에 따라 매우 쉽고, 가역적으로 조절할 수 있다는 사실을 밝혀냈다는 점에서 획기적이다.또한, 매우 다양한 종류의 단백질에 대해 실험한 결과, 같은 방법으로 쉽게 기능을 차단할 수 있다는 점을 밝혀 이 기술이 광범위하게 적용될 수 있다는 사실도 확인했다.세포 내의 수많은 단백질들은 복잡하고 거대한 네트워크상에서 각각의 특이적인 기능을 수행한다. 이렇게 다양한 단백질들의 기능을 규명하기 위해 그 동안 많은 연구자들은 유전적인 방법으로 단백질을 없애거나, 약물을 처리하는 방법 등을 사용했으나 발달과정에서 동물 모델이 죽거나 부작용이 발생하기도 하며 세포 내의 특정한 위치에서의 단백질 기능을 조절 할 수 없는 등 여러 한계점들이 있었다. 이러한 한계들을 극복하기 위해 본 연구에서는 빛으로 단백질 기능을 저해하는 새로운 기술을 개발한 것이다. 이는 청색 빛에 반응하는 식물 단백질의 상호작용과 다중체 단백질(multimeric protein)을 인간 세포에 적용해, 세포에 빛을 쬐어 주었을 때 커다란 단백질 복합체(cluster)를 형성하고 복합체 내부에 원하는 특정 단백질을 가둠으로써 단백질의 기능을 저해하는 기술이다. 본 연구에서는 LARIAT 기술을 이용해 세포의 분열, 성장, 이동 등에 관여하는 다양한 단백질들의 기능을 특이적으로 저해 할 수 있었다. 또한 빛을 쬐어주는 시간과 위치를 조절함으로써 특정 시간에, 세포내의 특정 위치에서의 단백질 기능을 저해 할 수 있었다.LARIAT 기술은 단백질의 시·공간적, 가역적인 기능 저해를 통해 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 다양한 단백질들의 기능을 이해하고 더 나아가 뇌와 같이 복잡한 신경망 구조로 형성된 인체 기관에서 특정 부위의 세포 또는 단백질이 전체 기관 기능에서 어떠한 역할을 담당하는 지 규명하는데 큰 도움을 줄 것이라 기대된다.이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 세계 최고 권위 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 23.565)에 소개됐다. 연구는 미래창조과학부(장관 최문기) 산하 기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭)의 인지 및 사회성 연구단(단장 신희섭) 허원도 바이오이미징 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀에 의해 이뤄졌다.허원도 교수는 2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학(optogenetics)과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔다. 2013년 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여해 광유전학기술 개발에 박차를 가할 수 있게 됐다면서 “현재 광유도 분자올가미 기술을 이용해 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이 및 뇌 과학 연구를 진행 중”인데, “궁극적으로 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 전했다.허 교수는 LARIAT 기술 이외에 광유전학(optogenetics)분야의 2개의 다른 원천기술도 해외 유수 저널에 발표했다.

빛으로 세포 내 단백질을 원격 조정한다

LARIAT 기술로 단백질 기능 원격 조정, 암세포 분열 차단 성공

기사입력 2014-07-11 04:35:40

[산업일보]
국내 연구진이 빛을 이용해 세포 내 특정 단백질 기능을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다.

광유도 분자올가미(LARIAT)로 명명된 이 기술은 세포에 빛을 쬐었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질 복합체인 올가미가 형성된다.

이 올가미를 이용해 원하는 단백질을 움직이지 못하게 가둠으로써 특정 단백질 기능을 차단하는 원리다. 광유도 분자올가미(LARIAT)는 본래 올가미 밧줄(동물을 잡기위해 한쪽 끝을 고리모양으로 묶은 밧줄)을 뜻하는 명사로 연구팀이 개발한 기술의 의미를 부여해 LARIAT(Light-Activated Reversible Inhibition by Assembled Trap)라 표현한다.

연구진은 이 원리를 이용하면 세포분열을 인위적으로 막을 수 있고, 특히 암세포 분열을 막을 수 있어 앞으로 암세포 연구 및 암 신호전달 연구에 유용하게 활용될 것으로 기대하고 있다고 말했다.

이번 성과는 LARIAT 기술을 통해 세포의 이동, 세포분열 등의 중요한 생명현상들을 어떠한 약물 처리 없이 빛으로만 불활성화할 수 있고, 이 모든 과정들을 빛을 켜고 끔에 따라 매우 쉽고, 가역적으로 조절할 수 있다는 사실을 밝혀냈다는 점에서 획기적이다.

또한, 매우 다양한 종류의 단백질에 대해 실험한 결과, 같은 방법으로 쉽게 기능을 차단할 수 있다는 점을 밝혀 이 기술이 광범위하게 적용될 수 있다는 사실도 확인했다.

세포 내의 수많은 단백질들은 복잡하고 거대한 네트워크상에서 각각의 특이적인 기능을 수행한다. 이렇게 다양한 단백질들의 기능을 규명하기 위해 그 동안 많은 연구자들은 유전적인 방법으로 단백질을 없애거나, 약물을 처리하는 방법 등을 사용했으나 발달과정에서 동물 모델이 죽거나 부작용이 발생하기도 하며 세포 내의 특정한 위치에서의 단백질 기능을 조절 할 수 없는 등 여러 한계점들이 있었다.

이러한 한계들을 극복하기 위해 본 연구에서는 빛으로 단백질 기능을 저해하는 새로운 기술을 개발한 것이다. 이는 청색 빛에 반응하는 식물 단백질의 상호작용과 다중체 단백질(multimeric protein)을 인간 세포에 적용해, 세포에 빛을 쬐어 주었을 때 커다란 단백질 복합체(cluster)를 형성하고 복합체 내부에 원하는 특정 단백질을 가둠으로써 단백질의 기능을 저해하는 기술이다. 본 연구에서는 LARIAT 기술을 이용해 세포의 분열, 성장, 이동 등에 관여하는 다양한 단백질들의 기능을 특이적으로 저해 할 수 있었다. 또한 빛을 쬐어주는 시간과 위치를 조절함으로써 특정 시간에, 세포내의 특정 위치에서의 단백질 기능을 저해 할 수 있었다.

LARIAT 기술은 단백질의 시·공간적, 가역적인 기능 저해를 통해 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 다양한 단백질들의 기능을 이해하고 더 나아가 뇌와 같이 복잡한 신경망 구조로 형성된 인체 기관에서 특정 부위의 세포 또는 단백질이 전체 기관 기능에서 어떠한 역할을 담당하는 지 규명하는데 큰 도움을 줄 것이라 기대된다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 세계 최고 권위 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 23.565)에 소개됐다.

연구는 미래창조과학부(장관 최문기) 산하 기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭)의 인지 및 사회성 연구단(단장 신희섭) 허원도 바이오이미징 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀에 의해 이뤄졌다.

허원도 교수는 2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학(optogenetics)과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔다. 2013년 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여해 광유전학기술 개발에 박차를 가할 수 있게 됐다면서 “현재 광유도 분자올가미 기술을 이용해 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이 및 뇌 과학 연구를 진행 중”인데, “궁극적으로 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 전했다.

허 교수는 LARIAT 기술 이외에 광유전학(optogenetics)분야의 2개의 다른 원천기술도 해외 유수 저널에 발표했다.