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세포 내 단백질, 원하는 대로 골라 염색하는 법 개발

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세포 내 단백질, 원하는 대로 골라 염색하는 법 개발

2018.04.27 18:22
기초과학연구원 제공
기초과학연구원 제공

교과서에 사진으로 실린 몸 속 세포나 단백질 등은 하나같이 형형색색으로 알록달록하다. 하지만 이는 가상으로 색을 입힌 모습이다. 실제로는 색이 없어 맨눈으로 구분하기 어렵다.

 

특정 단백질이 몸에서 하는 역할을 알려면 어떻게 해야 할까? 원하는 것만 선택적으로 표시해 그 활동을 추적해야 한다. 최근 국내 연구팀이 자체 개발한 인공분자를 이용해 단백질을 원하는 대로 자유롭게 염색하는 기술을 개발했다.

 

기초과학연구원(IBS) 복잡계자기조립연구단 박경민 연구위원팀은 강력하게 결합해 형광을 띠는 분자인 쿠커비투릴(CB[7]-Cy3)과 아다만탄 등 두 분자의 결합력을 이용해 표적단백질을 고효율로 염색하는데 성공했다고 27일 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 발표했다.

 

지금껏 널리 사용돼 온 형광염색법은 대장균에서 추출한 단백질인 ‘스트렙타비딘’과 비타민의 일종으로 체내에도 많이 존재하는 ‘바이오틴’ 분자쌍을 이용하는 것이었다. 스트렙타비딘과 바이오틴의 결합력은 1960년대 처음 발견됐고 1970년대 중반부터 줄곧 연구 현장에서 사용됐다.  하지만 스트렙타비딘 역시 단백질인 탓에 표적 단백질과 혼동을 일으켜 효율이 떨어지는 단점이 있었다.

 

지난 2005년 연구팀이 인공 합성에 성공한 속이 빈 호박 모양의 분자인 쿠커비투릴과 아다만탄 분자는 서로 강력하게 결합한다. 기존 분자쌍을 이용했던 것처럼 표적단백질에 아다만탄을 먼저 붙이고 형광분자로 표시한 쿠커비투릴을 세포에 뿌리면, 두 분자가 서로를 인식해 결합한다.

 

형광을표시한 주인분자인 쿠커비투릴()이 표적단백질과 결합한 손님분자인 아다만탄과 결합해 형광을 띠는 것을 나타낸 모식도다.-기초과학연구원 제공
형광(빨강)을 표시한 주인분자인 '쿠커비투릴(CB[7])'이 표적 단백질에 붙은 손님분자 '아다만탄'과 결합해
형광을 띠게 되는 것을 나타낸 모식도다.
-기초과학연구원 제공

쿠커비투릴에 붙은 형광분자를 통해 무색이던 표적단백질이 색을 띠게 되는 것이다. 학계에선 형광염색시 표적단백질에 손님처럼 붙는 분자인 아다만탄 등을 '손님분자'로, 형광분자를 들고 찾아오는 쿠커비투릴 등은 '주인분자'라 부른다. 두 분자쌍은 만남은 '주인-손님 결합'이라 칭하고 있다.

 

박 연구위원은 “기초연구를 통해 십여년 전 찾은 분자를 이용해 실제 응용기술로 발전시킨 것”이라며 “쿠커비투릴-아다만탄 염색법으로 단백질의 역할을 보다 정확히 관찰할 수 있게 됐다”고 설명했다.

 

한편 생체 내 분자 대신 연구팀이 자체개발한 염색법을 이용하면 질병을 진단하는데도 보다 효과적일 것이란 전망이다. 암을 예로 들어보자. 특정 암이 위치하는 곳에 어떤 단백질이 많이 있는지 안다면, 그 단백질이 형광을 띠게해 암 진단의 지표로 활용할 수 있다.

 

그런데 바이오틴 등 체내 물질을 이용한 기존 염색법은 이 분자가 존재할 수 있는 다른 부위에서 형광이 나타날 확률이 있었다. 박 연구위원은 “기존 염색법으로는 원치않는 신호가 발생해 진단 기술로 발전하기 어려웠다”며 “(이번에 개발한 염색법은) 향후 진단 분야뿐 아니라 새로운 치료 단백질 발굴 연구 등 생명의학 분야 전반에 널리 쓰일 것”이라고 말했다.

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