광활성 신경세포막수용체를 발현해 빛으로 신경세포분화를 유도하는 모식도(미래창조과학부 제공) © News1


빛으로 단백질 기능을 원격조정해 암세포 분열을 차단할 수 있는 기술을 개발한 국내 연구팀이 이번에는 세계 최초로 빛으로 뇌 신경세포를 자라게 하는 데 성공했다. 25일 미래창조과학부에 따르면 기초과학연구원(IBS)의 인지 및 사회성 연구단 허원도 그룹리더(KAIST 생명과학과 교수) 연구팀이 빛으로 뇌 신경세포 성장인자수용체를 원격제어하는 기술을 개발했다.

'광유도 뇌신경세포 성장인자수용체'라 이름 붙여진 이 기술은 빛으로 세포막에 위치한 특정 수용체를 원격조정할 수 있는 광유전학분야 신기술이다. 연구진은 이를 신경세포에 적용해 신경세포의 분화를 유도하는 데 성공했다.

광유도 뇌신경세포 성장인자수용체 기술의 핵심은 신경세포에 별도의 물질처리를 하지 않고 빛만 사용해 신경세포가 작동하게 하는 데 있다. 빛을 쬐어주는 순간 수용체는 순식간에 활성화되고 신경세포의 신호전달을 유도해 신경세포의 성장과 분화를 유도한다. 지금까지는 생체작용물질이 특정 수용체를 조절하는 데 널리 사용돼 왔지만 수용체를 시공간적으로 조절할 수 없고 시간이 소요돼 세포 내 역동적인 신호망을 이해하는 데에는 한계가 있었다.

연구진은 이같은 문제를 해결하기 위해 광유전학 기술을 도입한 새로운 기술을 개발했다. 광유전학은 최근 생명과학의 여러 분야에서 각광받고 있는 학문으로 미생물이나 식물에서 발견되는 빛에 반응하는 단백질을 인간이나 동물세포에 적용해 세포의 여러 기능들을 조절할 수 있다.

허 교수는 "단순하게 빛을 쬐어주고 다시 끄는 방법을 통해 세포막 수용체를 조절할 수 있음을 증명했다"며 "빛을 쬐어주는 빈도를 조절해 하위 신호전달의 지속성을 조절할 수 있었고 결과적으로 세포의 분화 또한 유도할 수 있음을 확인했다는 데에 의미가 있다"고 밝혔다.

이어 "현재 여러 동물 모델을 대상으로 광유도 뇌신경세포 성장인자수용체 기술을 이용한 뇌과학 연구를 진행중"이라면서 "이번에 개발된 방법을 통해 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포가 어떤 기능을 하는지 규명하는 데 획기적인 역할을 할 것"이라고 설명했다.

앞서 연구팀은 빛을 이용해 세포 내 특정 단백질의 기능을 원격 조정할 수 있는 '광유도 분자올가미' 기술을 개발한 바 있다. 이 기술을 이용하면 암세포 분열을 막을 수 있으며 암세포의 분열 및 전이, 뇌세포의 인지, 기억, 학습 기능에 어떤 단백질이 얼마나 큰 역할을 하는지, 세포 내 어느 공간에서 활동하는지 등을 파악할 수 있다.

'광유도 뇌신경세포 성장인자수용체' 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판 6월4일자에 게재됐다. 허 교수는 이달말 또 한 편의 관련 논문을 발표할 예정이다. 이로써 지난 5월 광활성 분자올가미기술을 네이처 메소드에 게재한 데 이어 두달새 총 3편의 광유전학 관련 연구성과를 연이어 발표하게 됐다.


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