우리 몸속 세포는 일정 시간이 지나면 스스로 죽는 ‘세포사멸(apoptosis)’ 과정을 거친다. 이는 오래된 세포나 손상된 세포를 제거해 신체 균형을 유지하는 자연스러운 현상이다. 이러한 과정이 제대로 이루어지지 않으면 암, 심장질환, 치매와 같은 질환이 발생할 수 있어, 세포가 언제, 어떻게 사멸하는지 정확히 파악하는 것은 생명과학과 의약학 분야에서 핵심적인 연구 과제로 꼽힌다.
한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 미래형동물자원센터 김선욱 박사 연구팀은 세포사멸 과정을 실시간으로 시각화할 수 있는 ‘형광 리포터’ 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 성과는 기존 기술의 한계를 넘어 상용화 가능성을 넓힘으로써 신약 개발과 질병 연구 방식에 변화를 가져올 것으로 기대된다.
그동안 세포사멸 연구에는 현미경 관찰이나 유전자 분석, 형광단백질을 이용한 기술 등이 활용되어 왔으나, 복잡한 샘플 처리 과정과 염색 절차, 정확도의 한계가 지적돼 왔다. 이에 연구팀은 세포사멸의 핵심 효소인 카스파제-3(caspase-3)에 주목했다. 이 효소는 특정 아미노산 서열(DEVDG)을 절단하는 성질을 지니는데, 이를 녹색형광단백질(GFP) 내부에 삽입해 세포사멸이 일어날 때 형광이 사라지는 변화를 실시간 관찰할 수 있는 신개념 바이오 센서를 구현했다.
연구진이 이번에 선보인 센서는 복잡성을 줄이고 초소형 구조를 갖춰 기존 GFP 형광 리포터보다 단순하고 정교하게 작동한다. 이를 통해 감지 민감도와 정확도가 크게 향상되었으며, 독성물질이나 항암제를 처리했을 때 세포사멸 과정을 현미경으로 실시간 추적할 수 있음이 검증되었다.
이 기술은 암세포주뿐 아니라 다양한 동물세포 모델에서도 적용 가능해 신약 후보 물질의 안전성과 효능 평가에 널리 활용될 수 있다. 더 나아가 알츠하이머병, 심장질환, 암 등 세포사멸과 관련된 다양한 질환 연구에도 기여할 것으로 전망된다.
김선욱 박사는 “이번 센서는 기존 방법보다 간단하고 민감하게 세포사멸을 포착할 수 있어 향후 항암제와 같은 신약 후보 물질 검증은 물론, 퇴행성 뇌질환 연구에도 폭넓게 쓰일 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 성과는 6월 24일 국제학술지 Journal of Advanced Research(IF 13.0)에 게재되었으며, 교신저자로 송인성 교수, 박영호 박사, 김선욱 박사가, 공동 제1저자로 이동길 박사, 양해준 박사, 채운빈 박사가 참여했다. 연구는 국가과학기술연구회가 주관한 BIG(Big Issue Group) 사업, 글로벌 TOP 사업, 과기정통부 개인기초연구사업(우수신진연구), 산업통상자원부 바이오산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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