이준석 교수팀, 서울대 화학부 이동환 교수와 공동연구
연구 서울대 이동환 교수·강태원 박사, 고려대 마무눌하크 박사·이준석 교수 주도
연구 중 분자 살아있는 세포서 '소포체 모양으로 모여드는 성질' 관찰
환경변화에 민감한 'T-모양' 신규 발광분자 활용, 바이러스 감염 초기 단계 세포 검출법 제시
이 교수 "연구결과 감염 기전 이해는 물론 치료제 개발에 중요한 열쇠 될 것"
논문, 세계적 국제학술지 'Nature Communications' 게재
[보건타임즈] 조류독감 초기 감염단계에서 감염 세포만 특이적으로 인지해 분리 가능한 분자센서가 첫 개발됐다.
고려대학교 의과대학 약리학교실 이준석 교수(사진 左)팀은 서울대 화학부 이동환 교수(右)와 공동연구로 외부자극에 민감하게 형광 반응을 보이는 'T-모양'의 신규 발광분자 구조체(EliF Extended and Ligating Imidazolyl Fluorophore:)를 개발, 이들 유도체 중 소포체 내의 미세한 환경변화에 선택적으로 감응하는 분자 개발에 성공했다며 이같이 발표했다.
이 분자는 조류독감 바이러스 감염 초기에 감염된 세포에서 선택적으로 발광하는 특성을 보여 감염된 세포만 선택적으로 구별할 수 있다.
기존 조류독감 감염진단연구는 바이러스의 유전자서열 특이적인 PCR 기법과 조류독감바이러스 단백질에 대한 항체를 활용해 검출하는 기법으로만 한정돼 있었다.
이 기법은 감염되는 대상과는 상관없이 바이러스를 직접 관찰하는 방법이다.
이번에 연구팀은 이를 통해 바이러스와 숙주세포의 상호작용에서 힌트를 얻어 연구를 수행했다.
바이러스는 숙주세포와 적극적으로 상호작용하며 증식한다.
이 과정에서 숙주세포의 유전적, 발생학적 특성에 따라 감염 감수성에 차이를 가진다.
연구팀은 여러 장기로부터 유래된 세포와 유전적으로 다른 배경을 가진 세포주 모델에서 조류독감 감염 양상이 다르다는 점을 찾아냈으며 이를 바탕으로 바이러스와 숙주세포의 상호작용을 분자 수준에서 이해하기 위해 새로운 분자프로브와 화학단백체학 분석법을 연구해 왔다.
연구팀은 형광 분자의 구조 유연성을 제어해 주변 환경변화에 민감하게 감응하는 'T-모양'을 가진 EliF 형광체를 설계한 다음 유사구조의 라이브러리를 구축했다.
연구 중 신기하게도 분자들이 살아있는 세포에서 소포체 모양으로 모여드는 성질이 관찰됐다.
대개 약물을 형광체에 연결하면 세포 내 여러 소기관으로 표적이 가능하지만, 형광체 자체 특성으로 소포체를 표적으로 하는 사례는 학계에 보고된 바 없다.
나아가 세포 내에서 EliF와 상호작용하는 단백질을 규명하기 위해 화학단백체학 프로파일링과 생물정보학을 분석했으며, 소포체 스트레스와 관련된 단백질과 EliF 분자가 선택적으로 상호작용한다는 사실을 밝혀냈다.
소포체는 단백질 합성이 일어나는 기관으로 퇴행성 신경질환, 당뇨병, 바이러스 감염 등 질환에선 소포체 스트레스라는 생리학적 반응이 발생하게 된다.
이 현상은 소포체 내에 비정상 접힘단백질의 응집과 축적이 발생하는 것이다.
연구팀은 이를 착안, EliF 분자가 조류독감 바이러스 감염의 초기 변화를 세포 수준에서 형광변화로 측정이 가능하다는 것을 유세포분석법으로 실증했다.
복잡한 세포, 조직에서 조류독감 바이러스에 감염된 세포만 검출, 분리가 가능해 감염에 취약한 숙주세포의 특성을 연구할 새로운 분석기술이 개발된 것이라는 게 연구팀의 평가다.
이와 함께 수일 이상이 걸리던 기존 감염진단 방법과 달리 연구팀이 개발한 방법은 단일 세포 수준에서 형광 세기를 통해 감염의 정도를 24시간 이내에 정량화할 수 있다는 데 큰 의미가 있다.
이 연구책임자 이 교수는 "이번에 개발한 EliF 분자를 이용하면 살아있는 세포 상태에서 조류독감 바이러스에 감염된 초기에 높은 감염률을 보이는 세포를 단일 세포 수준에서 분획, 이들의 특성을 연구하는 것이 가능하다"며, "이 연구가 감염의 기전 이해는 물론 치료제 개발에 중요한 열쇠가 될 것"이라고 밝혔다.
이 연구는 공동 제1저자 서울대 강태원 박사, 고려대 마무눌하크 박사, 교신 저자 고려대 이준석 교수, 서울대 화학부 이동환 교수가 주도했으며 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오의료기술개발사업(미래감염병기술개발), 중견연구지원사업, 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구결과를 상세하게 정리한 논문은 'Orthogonally-tunable and ER-targeting fluorophores detect avian influenza virus early infection'이란 주제로 세계적 국제학술지인 네이처 자매지 'Nature Communications (IF=17.69)' 10월 4일 자 온라인판에 게재됐다.
기사최종편집일: 2024-04-24 16:55:36
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