신용대 서울대 교수팀, 세포 내 응집상 제어 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 우리나라 연구진이 빛을 이용한 세포 내 응집상 제어 기술을 개발하고, 생체분자 응집체의 물성과 생리 기능 간 연관성을 알아냈다. 연구 결과는 향후 합성 응집체를 공학적으로 구현할 플랫폼을 만드는데 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

연구진 사진.(왼쪽부터)신용대 서울대 기계공학부 교수, 박혜윤 미네소타대 교수, 이민 서울대 박사과정, 문형석 아크연구소 연구원.(사진=서울대)

신용대 서울대 공대 기계공학부 교수 연구팀은 박혜윤 미네소타대 교수 연구팀과 빛을 이용한 세포 내 응집상 제어 기술을 개발했다.

세포 내부에는 특정 단백질, RNA 등의 생체분자가 국소적으로 뭉쳐 기능하는 구조들이 있다. 최근에는 이 구조들이 상분리 현상을 통해 형성된다는 연구 결과들이 나오고 있다. 비정상적인 상분리로 암이나 퇴행성 신경질환이 유발될 수 있다는 연구결과도 나와 학계의 주목을 받고 있다.

일반적으로 상분리를 통해 형성된 응집체 물성은 액체에서 고체에 이르기까지 다양하다. 응집체의 물성과 생리적 기능은 밀접한 관계를 가질 것으로 예상되지만 이를 직접 탐구할 방법론이 없었다.

광유전학 기술을 통해 표적 RNA를 응집체 내로 포집시켜 단백질 발현을 억제하는 기술 개발(왼쪽)과 응집체 물성과 생리 기능 사이 상관관계를 규명한 연구내용(오른쪽).(사진=서울대)

연구팀은 신용대 교수가 개발한 세포 내 상분리 제어 기술을 확장해 세포 내 특정 RNA를 상분리를 통해 응집시킬 수 있는 기술을 개발했다.

광유전학 기술을 통해 타겟 RNA를 상분리 응집체 내로 응집시켰을 때 단백질 발현이 줄어들었다. 단일 분자 RNA 이미징 기법을 함께 적용하자 개별 RNA 분자가 응집체와 일시적이고 동적인 상호작용을 나타냈다.

연구팀은 또 응집체 조성을 조절해 물성을 제어했다. 응집체를 고체로 만들자 응집체 속 분자의 이동성이 억제됐다. 응집된 RNA의 단백질 발현 활동도 더 억제됐다.

이 밖에 신경 세포의 신호 전달에 해당 기술을 적용해 ‘시냅스 장기강화(long-term potentiation)’ 과정에 액틴 단백질의 국소적인 발현이 중요하다는 사실도 확인했다.

신용대 교수는 “이번 연구를 통해 응집체의 물성과 생리적 기능의 상관관계를 직접 규명할 수 있었다”라며 “해당 기술은 합성 응집체를 설계하고, 구현하는데 유용한 기반을 제공할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature communications)’ 최신호에 게재됐다.