국내 연구진이 빛을 이용하여 세포 내 특정 단백질의 기능을 원격 조정할 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다.

광유도 분자올가미(LARIAT)로 명명된 이 기술은 세포에 빛을 쬐어주었을 때 세포 내부에 순간적으로 단백질의 복합체인 올가미가 형성된다.
 
이 올가미를 이용하여 원하는 단백질을 움직이지 못하게 가둠으로써 특정 단백질의 기능을 차단하는 원리를 담고 있다.

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 밝혔다.

이번 성과는 광유도 분자올가미 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.

지금까지는 동물모델에서 유전적 또는 약물처리 방법을 통해 연구하였으나, 발달과정에서 대상 동물이 죽거나 부작용이 발생하고, 특히 세포 내의 특정한 위치에서 단백질 기능을 조절할 수 없는 등 어려움이 있었다.

이번 연구 결과는 네이처 자매지이자 생화학 연구방법 분야 세계 최고권위의 저널인 네이처 메소드(Nature Methods, IF 23.565) 6월호에 소개될 예정이다. (5월 4일 온라인 논문 게재)
(논문제목) 광유도 분자올가미에 의한 단백질 기능의 가역적 저해방법 개발(Reversible protein inactivation by optogenetic trapping in cells)
 
이번 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 이루어 졌다.
  
허 교수는 “2008년부터 식물광수용단백질을 이용한 광유전학(optogenetics)과 바이오이미징 분야의 다양한 원천기술 개발에 주력해 왔고, 2013년 IBS 인지 및 사회성연구단에 바이오이미징 그룹리더로 참여하면서 광유전학기술 개발에 박차를 가할 수 있게 되었다‘ 면서 “현재 광유도 분자올가미 기술을 이용하여 여러 가지 동물 모델에서의 암 전이 및 뇌 과학 연구를 진행 중으로, 궁극적으로 기존의 기술로는 밝히기 어려웠던 암 치료 방법이나 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포의 기능 등을 규명하는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 전했다.
 
허 교수는 6월에 LARIAT 기술 이외에 광유전학(optogenetics)분야의 2개의 다른 원천기술도 해외 유수의 저널에 발표할 예정이다.