민물장어 형광단백질 이용해 살아있는 세포 관찰한다

2020.02.04 12:22
우나지 형광단백질로 획득한 세포 내 나노구조의 초고해상도 이미지다. IBS 제공
우나지 형광단백질로 획득한 세포 내 나노구조의 초고해상도 이미지다. IBS 제공

국내 연구팀이 민물장어의 형광단백질을 이용해 살아있는 세포 내 구조를 기존 기술보다 8배 더 오래 관찰하는 기술을 개발했다. 8배 오래 세포를 관찰할 수 있는 만큼 세포 내부 구조를 더 정확히 파악할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.


기초과학연구원(IBS)은 심상희 분자분광학및동력학연구단 교수 연구팀이 민물장어의 형광단백질로 살아있는 세포 내 구조를 8배 더 오래 관찰할 수 잇는 초고해상도 형광현미경법을 개발했다고 4일 밝혔다.


살아있는 세포 안에는 수 나노미터 크기의 분자들이 움직이고 있다. 이 나노 분자들을 관찰하기 위해선 초고해상도 형광현미경이 필요하다. 초고해상도 형광 현미경은 바이러스나 단백질 크기의 미시세계를 볼 수 없는 광학현미경의 한계를 극복한 현미경으로 형광 단백질의 상태를 조절하는 원리를 이용한다. 


하지만 형광 단백질이 반복적으로 빛에 노출되면 형광이 사라지는 ‘광표백 현상’으로 인해 오랜 시간동안 촬영이 어렵다. 이는 대부분의 형광단백질이 단백질 자체의 아미노산을 발광체로 사용하기 때문이다. 오랫동안 빛에 노출되면 단백질 구조가 손상되며 발광이 사라진다.


연구팀은 민물장어에서 유래한 형광단백질인 ‘우나지’에 주목했다. 우나지는 내부 아미노산이 아닌 외부 대사물질인 ‘빌리루빈’을 발광체로 사용한다. 우나지와 치자색의 색소인 빌리루빈은 각각 떨어져 있을 때 발광하지 못하지만 결합하면 밝은 녹색 형광을 만들어낸다. 


연구팀은 우나지와 빌리루빈 결합체에 청색광을 쪼이면 광표백에 의해 형광이 사라지고, 이후 다시 빌리루빈을 처리하면 형광이 나타난다는 점을 이용해 이를 초고해상도 형광현미경에 적용했다. 그 결과 기존 기술에 비해 약 8배 오래 세포를 관찰할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 “청색광과 빌리루빈 용액을 이용해 형광 신호를 끄거나 켤 수 있다는 의미”라며 “광표백 이후에도 우나지 단백질 자체에 구조적 손상이 일어나지 않는다”고 설명했다. 


심 교수는 “광표백 한계를 극복한 기술”이라며 “장시간 관찰이 필요한 생체 나노구조 파악 및 생명현상 연구의 발전에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 지난달 14일자 온라인판에 게재됐다.

 

심상희 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 교수. IBS 제공
심상희 기초과학연구원(IBS) 분자분광학및동력학연구단 교수. IBS 제공

 

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