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| 빛만 비춰도 유전자 발현 조절하는 효소를 개발한 허원도 교수팀 등 연구는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.353)에 1월 18일 게재됐다.(자료제공=카이스트 허원도 교수 연구팀) |
국내 연구진이 살아있는 생쥐의 머리에 빛만 비추어도 생쥐 뇌 유전자 발현을 제어할 수 있는 시스템을 개발해 물리·화학적 손상에 의한 부작용을 최소화하면서 수술하지 않고 아주 간편하게 연구를 진행할 수 있어 이용 가치가 높을 것으로 기대된다.
‘Flp 유전자 재조합 효소’는 유전자를 자르고 재조합하는 기능을 지녀 유전자 형질 전환 실험모델을 만드는 등 다방면으로 활용되어 왔다.
하지만 광유전학 기술에 응용하려는 시도가 있었으나 빛 없이도 스스로 조립(auto-assembly)되어 제어가 어려웠고, 뇌 속으로 빛을 직접 전달하려면 광섬유를 집어넣는 수술 과정도 필요하다.
21일 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단의 허원도 교수팀(KAIST 생명과학과)에 따르면, 세포 배양 수준에서 뿐만 아니라 살아있는 생쥐의 뇌에서 광섬유의 이용 없이 비침습성 LED 조사를 하는 독특한 방식을 도입하고 이를 통해 표지자 단백질 뿐 아니라 기능을 가진 칼슘 채널의 발현을 억제 조절하는데 성공했다.
IBS 연구진이 개발한 ‘광활성 Flp 유전자 재조합 효소(PA-Flp 단백질)’는 비활성화 상태에서도 빛을 받으면 결합되면서 활성화된다.
이 연구결과에 의하면, 기억을 관장하는 쥐의 뇌 해마 부위에 ‘PA-Flp 단백질’을 넣은 뒤 약 30초 동안 LED를 머리 부분에 비추는 실험을 진행해 생쥐 뇌의 깊은 조직 영역에 도달하는 매우 적은 양의 빛으로도 ‘PA-Flp 단백질’이 활성화된 것을 확인했다.
또한 연구진은 행동을 검증하기 위해 사회성 뇌 과학 그룹과 공동으로, 해마보다 더 깊숙한 곳에 위치한 내측 중격(medial septum, 기억 중추 역할)에는 칼슘 채널이 존재하는데 이 칼슘 채널의 발현이 억제되면 물체를 탐색하는 능력이 증가한다는 기존의 연구에 착안해 실험을 설계했다.
이 실험 결과, 내측 중격에 ‘PA-Flp 단백질’을 도입하고 LED 빛을 쏘자 칼슘 채널의 발현이 억제됨을 확인했고 실제 ‘PA-Flp 단백질’이 활성화된 실험군은 물체를 탐색하는 능력이 대조군에 비해 훨씬 커져 물체 주변으로 더 많은 움직임을 기록했다.
허원도 교수는 “실험 대상의 생리학적 현상에 영향을 줄 수 있는 물리적, 화학적 자극이 거의 없이 LED로 원하는 특정 유전자 발현을 조절할 수 있는 것이 큰 장점”이라고 말했다.
이번 연구결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.353)에 1월 18일 게재됐다.
