이번 연구 성과는 중요한 생명현상들을 약물처리 없이 빛으로만 조절할 수 있다는 점에서 획기적인 것으로 평가받고 있으며, 앞으로 혈관의 발생 과정이나 암 전이 연구 등에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭) 인지 및 사회성 연구단 허원도 바이오이미징 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀은 29일 빛을 이용 세포 내 ‘섬유아세포 성장인자 수용체(FGFR1)’의 신호 전달을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.
섬유아세포 성장인자(Fibroblast growth factor)는 세포의 생존과 발달, 세포이동 등 세포의 다양한 기능에 관여하고 있는 단백질이다. 또 수용체(Receptor)는 세포를 둘러싸고 외부 신호를 세포 안으로 전달하는 막 단백질이다.
세포막에는 다양한 수용체가 존재하며 중요한 세포내 기능과 밀접한 연관이 있다. 기존에는 주로 약물을 처리해서 수용체를 연구해 왔지만 약물을 처리할 경우 목표물 특이성이 낮아 부작용이 많았다. 또 세포내 원하는 부위만 국부적으로 활성 시킬 수 없어 세포내 역동적인 신호전달 과정을 정량적으로 분석하는 데 한계가 있었다.
연구진은 이러한 한계점들을 극복하기 빛으로 수용체의 활성을 조절하는 새로운 기술을 개발했다.
특히 섬유아세포성장인자수용체1(FGFR1)의 세포내 부분의 말단에 청색 빛에 반응하는 단백질을 결합시켜, 빛에 반응할 수 있는 수용체를 만들어 이를 광활성 섬유아세포 성장인자 수용체1(optoFGFR1)이라 명명했다.
이 기술은 한 번의 빛을 쏘이게 되면, 일시적인 세포내 신호 활성이 일어나게 되고 반복적인 또 다른 빛의 조사를 통해 가역적으로 조절 받을 수 있는 것이 특징이다.
지속적으로 빛을 반복해 조사할 경우 세포내 신호 활성은 오랜 시간동안 유지됐고, 세포 내에서 신호의 강도를 다양한 조사 시간 및 빈도를 이용해 조절할 수 있다.
또, 특정 위치에 지속적으로 빛을 줄 경우 그 부위로 세포가 모여드는 광주성(光走性)과 유사한 세포의 움직임을 유도할 수 있었다.
허원도 교수는 “현재 광활성 섬유아세포 성장인자 기술을 이용해 여러 가지 동물 모델에서의 세포 극성 및 이동 연구를 진행 중”이라며 “궁극적으로 지금까지 기술로는 밝히기 어려웠던 단일 세포 내 신호 발생과 되먹임 현상(feedback)이나 복잡한 발생 과정 등을 규명하기 위한 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 지난 6월 26일 세계적 권위 저널 셀(Cell)의 자매지 ‘케미스트리앤드바이올로지5)(Chemistry & Biology, IF 6.157)’誌에 실렸고, 연구성과의 우수성을 인정받아 7월호 시사평(preview)에서 소개됐으며, 표지 논문으로도 선정됐다.
허 교수는 2008년 KAIST생명과학과 교수로 재직하면서부터 식물광수용단백질을 이용하여 광유전학 분야 및 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술을 개발하는데 주력해왔다. 2013년부터는 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여하면서 광유전학 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
