KAIST, 癌 전이 ‘세포 이동 비밀’ 풀었다

이번 연구를 수행한 공동연구진. 허원도(가운데) KAIST 생명과학과 석좌교수, 첨부4. 이희영(상단 왼쪽부터) 이희영 박사후연구원, 조광현 KAIST 석좌 교수, 이갑상 존스홉킨스대 교수, 이상규 IBS 박사, 김동산 LIBD 박사, 서예지 휴룩스 박사.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리 몸에 생긴 암세포가 다른 부위로 퍼지는 암 전이나, 상처를 치유하기 위해 면역세포가 이동하는 과정 등 세포의 이동은 생명현상에 꼭 필요한 과정이다. 그러나 그동안 세포가 외부 자극 없이 스스로 이동 방향을 결정하는 원리는 밝혀지지 않았다.

KAIST는 생명과학과 허원도 석좌교수 연구팀이 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수, 미국 존스홉킨스대 이갑상 교수와 공동으로 세포가 외부의 신호 없이도 스스로 이동 방향을 결정하는 ‘자율주행 메커니즘’을 세계 최초로 규명했다고 10일 밝혔다.

연구팀은 살아있는 세포 안에서 단백질들이 서로 어떻게 상호작용하는지를 눈으로 직접 볼 수 있는 새로운 이미징 기술 ‘INSPECT(INtracellular Separation of Protein Engineered Condensation Technique)’를 개발했다. 이 기술을 이용해 세포가 스스로 어느 방향으로 움직일지를 정하는 내부 프로그램의 원리를 밝혀냈다.

세포 내 단백질-단백질 상호작용의 시각화 기술.[KAIST 제공]

INSPECT 기술은 단백질이 서로 붙을 때 서로 잘 섞이지 않고 구분된 영역이 자연스럽게 생기는 ‘상분리(phase separation)’ 현상을 인공적으로 구현하는 기술로, 세포 속에서 단백질들이 실제로 어떻게 결합하는지를 형광 신호로 직접 볼 수 있는 기술이다.

연구팀은 단백질 페리틴(ferritin)과 형광단백질 DsRed를 활용, 단백질들이 서로 결합할 때 작은 방울처럼 뭉친 덩어리인 ‘응집체(condensate)’를 눈으로 확인할 수 있게 했다.

이 기술로 연구팀은 15종의 Rho 단백질과 19종의 결합 단백질을 조합해 총 285쌍의 상호작용을 분석했고, 그중 139쌍에서 실제 결합이 일어남을 확인했다. 특히 Cdc42FMNL 단백질 조합은 세포의 ‘직진’을, Rac1ROCK 단백질 조합은 세포의 ‘방향 전환’을 담당하는 핵심 회로라는 사실을 밝혀냈다.

허원도 석좌교수는 “이번 연구는 세포 이동이 무작위적인 운동이 아니라, Rho 신호전달 단백질과 세포 이동 관련 단백질의 앙상블이 만들어내는 내재적 프로그램에 의해 정밀하게 제어된다는 사실을 규명한 것”이라며 “새롭게 개발한 INSPECT 기술은 세포 내 단백질 상호작용을 시각화할 수 있는 강력한 도구로, 암 전이와 신경세포 이동 등 다양한 생명현상과 질병의 분자 메커니즘을 밝히는 데 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 10월 31일 게재됐다.