▲ 세포 내 단백질-단백질 상호작용의 시각화 기술, INSPECT / INSPECT(INtracellular Separation of Protein Engineered Condensation Technique)는 상분리(phase separation) 현상을 이용해 세포 내 단백질-단백질 상호작용을 직접 시각화하는 기술이다. 다중체 단백질인 페리틴(ferritin)과 형광단백질DsRed를 이용해 세포 내 두 단백질이 상호작용할 때 응축체(condensate)로 뭉치는 현상을 형광으로 시각화하여 보여준다.(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

 

<기사요약>

세포가 외부 신호 없이 스스로 이동 방향 결정 → ‘자율주행 세포’ 개념 제시

단백질 시각화 신기술 INSPECT 개발 → 단백질 간 상호작용 실시간 분석

Rac1–ROCK 축이 세포 방향전환의 ‘핸들 역할’ 수행

암 전이·면역 반응·신경세포 이동 등 질병 연구에 새 단서

KAIST–존스홉킨스대 국제공동연구, Nature Communications 게재

 

세포가 외부 자극 없이도 스스로 이동 방향을 결정한다는, 생명과학의 근본적 미스터리가 드디어 풀렸다.

 

KAIST 허원도 석좌교수 연구팀이 KAIST 조광현 교수팀, 미국 존스홉킨스대 이갑상 교수팀과 함께 세포가 스스로 이동 방향을 정하는 ‘내재적 자율주행 프로그램(intrinsic motility program)’을 세계 최초로 규명했다.

이번 연구는 암 전이, 면역 반응, 신경세포 발달 등 인체 내 핵심 생명현상의 이해를 한층 진전시킨 획기적인 성과로 평가된다.

 

‘INSPECT’, 세포 안 단백질의 대화를 눈으로 보다

 

연구팀은 살아 있는 세포 안에서 단백질들이 서로 어떻게 결합하고 작용하는지 실시간으로 시각화할 수 있는 혁신적 이미징 기술 ‘INSPECT(INtracellular Separation of Protein Engineered Condensation Technique)’을 개발했다.

 

이 기술은 단백질이 결합할 때 서로 다른 영역으로 분리되는 ‘상분리(phase separation)’ 현상을 인공적으로 구현해, 형광 신호를 통해 단백질 상호작용을 직접 관찰할 수 있도록 한 세계 최초의 방법이다.

 

이를 통해 세포 이동을 조절하는 핵심 단백질 Rho 계열(Rac1, Cdc42, RhoA)의 작동 원리를 정밀 분석한 결과, 특정 단백질 조합에 따라 세포의 이동 경로가 결정된다는 사실이 밝혀졌다.

 

Cdc42–FMNL 조합은 세포의 ‘직진’을, Rac1–ROCK 조합은 ‘방향 전환’을 유도하는 핵심 회로(key circuit)로 작동한다는 것이다.

 

세포도 ‘핸들’이 있다... 방향전환을 결정하는 단백질 회로

 

연구팀은 세포의 방향 조절에 중요한 단백질 Rac1의 특정 아미노산(37번째)을 변형시켜, 이 단백질이 ‘핸들 역할’을 하는 ROCK 단백질과 결합하지 못하도록 했다.

 

그 결과, 세포는 방향을 바꾸지 못하고 직진만 하는 ‘핸들 고장 세포(Rac1F37W)’로 변했다.

반면 정상 세포는 Rac1–ROCK 결합을 통해 세포 앞부분에 ‘아크 스트레스 섬유(arc stress fiber)’를 형성하며, 필요 시 정교하게 방향을 전환했다.

 

이는 세포 이동이 단순한 물리적 이동이 아니라, 단백질 간 복합 신호 네트워크에 의해 정밀하게 제어된다는 과학적 증거로 평가된다.

 

환경을 인식하는 세포의 ‘자율지능’

 

연구팀은 또한 세포가 부착된 환경을 변화시켜 관찰한 결과, 정상 세포는 주변 환경의 변화에 따라 이동 속도를 조절했지만, 핸들이 고장 난 Rac1F37W 세포는 환경 변화에도 속도가 일정했다.

이는 Rac–ROCK 축이 세포가 외부 환경을 인식하고 적응하는 능력, 즉 ‘세포의 자율지능(cellular intelligence)’을 결정한다는 사실을 보여준다.

 

암 전이·면역 반응·신경 발달 연구에 새 길

 

이번 연구는 세포 이동의 내재적 메커니즘을 해명함으로써, 암세포의 전이 경로를 제어하거나 면역세포 이동을 조절하는 신개념 치료전략 개발에 중요한 단서를 제공한다.

또한 신경세포 성장, 상처 회복, 발생학 등 다양한 생명과학 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

허원도 교수는 “이번 연구는 세포 이동이 무작위적 움직임이 아니라 단백질 신호전달 네트워크에 의해 정밀하게 프로그래밍된 자율적 과정임을 처음으로 입증했다”며, “INSPECT 기술은 암 전이, 신경세포 이동 등 다양한 질병의 원인을 밝히는 핵심 도구로 활용될 것”이라고 말했다.

 

국제 학계가 주목... 네이처 커뮤니케이션즈 게재

 

이번 연구는 KAIST 이희영 박사, 이상규 박사(기초과학연구원), 서예지 박사((주)휴룩스), 김동산 박사(LIBD)가 공동 제1저자로 참여했으며, 국제 학술지 'Nature Communications'(10월 31일자)에 게재됐다.

 

KAIST 연구팀이 제시한 이번 발견은 세포 이동의 본질을 ‘자율적 생명 프로그래밍’으로 재정의한 혁신적 성과다. 이는 향후 암 전이 제어, 면역 질환 치료, 재생의학 등 미래 의생명공학의 지형을 바꿀 핵심 이정표로 기록될 것이다.

 

논문명은 A Rho GTPase-effector ensemble governs cell migration behavior이다.  

 

기사 내용과 관련이 없는 글, 욕설을 사용하는 등 타인의 명예를 훼손하는 글은 관리자에 의해 예고없이 임의 삭제될 수 있으므로 주의하시기 바랍니다. 댓글 작성 시 상대방에 대한 배려와 책임을 담아주세요.

• 닉네임
• 비밀번호
• 
• 도배방지 입력