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| 민물장어의 형광단백질로 살아있는 세포 내 구조를 8배 더 오래 관찰할 수 있는 초고해상도 형광현미경법을 개발한 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 심상희 교수팀 등 국내 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communication, IF 11.880)에 1월 14일 게재됐다.(자료출처=네이처 커뮤니케이션즈) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 심상희 교수(고려대 화학과 교수) 연구팀이 서울대, 울산과학기술원(UNIST) 등과의 공동연구를 통해 민물장어의 형광단백질로 살아있는 세포 내 구조를 8배 더 오래 관찰할 수 있는 초고해상도 형광현미경법을 개발했다고 4일 밝혔다.
생체 기본단위인 세포는 수 나노미터 크기의 다양한 분자들이 역동적으로 변화하는 복잡계이며 살아있는 세포 속 나노구조를 관찰하기 위해서는 초고해상도 형광현미경이 필요하다.
이 초해상도 형광현미경은 바이러스나 단백질 크기의 미시세계를 볼 수 없는 광학현미경의 한계를 극복한 현미경으로 형광 단백질의 상태를 조절해 살아있는 세포를 분자 수준에서 관찰할 수 있다.
하지만 형광 단백질이 반복적으로 빛에 노출되면 형광이 사라지는 광표백 현상으로 인해 장시간 초해상도 촬영이 어렵다는 한계가 있었다.
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 우나지-빌리루빈 결합체에 청색광을 쪼이면 광표백에 의해 형광이 꺼지고 이후 다시 빌리루빈을 처리하면 형광이 되살아난다는 것을 규명했다.
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| 민물장어의 형광단백질로 살아있는 세포 내 구조를 8배 더 오래 관찰할 수 있는 초고해상도 형광현미경법을 개발한 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 심상희 교수팀 등 국내 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communication, IF 11.880)에 1월 14일 게재됐다.(자료출처=네이처 커뮤니케이션즈) |
연구과정을 보면 민물장어에서 유래한 형광단백질인 우나지(Unag)가 내부 아미노산이 아닌 외부 대사물질인 빌리루빈을 발광체로 사용한다는 점에 착안해 장시간 살아있는 세포를 관찰할 수 있는 현미경법을 고안해냈다.
우나지(UnaG)는 지난 2013년 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구진은 민물장어에서 형광단백질을 발견하여 ‘UNaG’라 명명하고 국제학술지 ‘셀(Cell)’에 보고했다.
이 이우나지(UnaG)는 최초의 척추동물 유래 형광단백질이며 빌리루빈은 적혈구의 헤모글로빈이 분해되면서 생성되는 치자색 색소이다.
우나지 단백질과 빌리루빈은 각각 떨어져 있을 때 형광을 발광하지 못하는 물질이지만 결합하면 밝은 녹색 형광을 내는 형광물질이 된다.
이 청색광과 빌리루빈 용액을 이용해 형광 신호를 끄고(off) 켤(on) 수 있고 광표백 이후에도 우나지 단백질 자체에 구조적 손상이 일어나지 않는다.
특히 빌리루빈 수용액 상에서 우나지 단백질은 손상된 빌리루빈과의 분리 및 새로운 빌리루빈과의 결합을 반복해 광표백-형광회복 과정이 순환되며 반복적으로 형광 스위칭 반응을 일으킬 수 있다.
이후 연구진은 우나지를 초고해상도 형광현미경에 적용했고 이 과정에서 세포 내 구조에 우나지를 표지하고 청색광을 쪼여 형광을 끈 뒤 빌리루빈과의 재결합을 통해 일부 우나지만 형광이 켜지도록 조절했다.
이를 통해 세포 속 분자들의 위치를 나노미터 수준의 정확도로 측정해 점묘화 같은 초고해상도 이미지를 구성할 수 있었다.
또 연구진은 레이저 세기와 용액 내 산소농도를 통해 형광이 꺼지고 회복하는 반응속도를 조절하는데도 성공했다.
이 연구결과에 의하면 기존 기술에 비해 약 8배 오래 세포를 관찰할 수 있어 세포 내부 구조를 더 정확히 파악할 수 있다.
심상희 교수는 “초고해상도 형광현미경으로 살아있는 세포의 동영상을 촬영하는 데 걸림돌이 되어왔던 광표백 한계를 극복한 기술”이라며 “이 기술이 향후 장시간 관찰이 필요한 생체 나노구조 파악 및 생명현상 연구의 발전에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communication, IF 11.880)에 1월 14일 게재됐다.
