암 전이의 비밀 풀었다…KAIST, 세포 "자율주행" 원리 첫 규명

하이커뮤니티매니져 0 7 11.11

허원도 KAIST 석좌교수가 이끄는 공동연구팀이 암 전이 세포 이동의 비밀을 풀었다. KAIST 제공

암세포가 다른 부위로 퍼지는 암 전이나 상처를 치유하기 위해 면역세포가 이동하는 과정 등 세포의 이동은 생명 유지에 꼭 필요하다. 그러나 세포가 외부 자극 없이 스스로 이동 방향을 정하는 원리는 그동안 밝혀지지 않았다.

KAIST 연구팀을 포함한 국제 공동 연구팀이 세포가 스스로 방향을 정해 움직이는 원리를 규명했다. 이는 향후 암 전이와 면역 질환의 원인을 밝히고 새로운 치료법을 개발하는 데 중요한 단서가 될 것으로 보인다.

KAIST는 허원도 생명과학과 석좌교수팀이 조광현 바이오및뇌공학과 석좌교수팀, 미국 이갑상 존스홉킨스대 교수팀과 함께 세포가 외부 신호 없이도 스스로 이동 방향을 결정하는 '자율주행 메커니즘'을 세계 최초로 규명했다고 10일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 10월 31일 실렸다.

연구팀은 살아있는 세포 안에서 단백질들이 서로 어떻게 상호작용하는지 눈으로 직접 볼 수 있는 새로운 이미징 기술 '세포 내 단백질 응집 분리 기술(INSPECT)'을 개발했다. 이 기술로 세포가 스스로 어느 방향으로 움직일지 정하는 내부 프로그램의 원리를 밝혀냈다.

연구팀은 세포 이동을 조절하는 핵심 단백질인 'Rho 계열 단백질(Rac1, Cdc42, RhoA)'의 작동 방식을 새롭게 분석했다. 그 결과 이 단백질들이 단순히 세포의 앞뒤를 나누는 역할만 하는 것이 아니라 어떤 단백질과 결합하느냐에 따라 세포가 직진할지 방향을 바꿀지가 달라진다는 사실을 발견했다.

INSPECT는 상분리 현상을 이용해 세포 내 단백질-단백질 상호작용을 직접 시각화하는 기술이다. 다중체 단백질인 페리틴(ferritin)과 형광단백질 DsRed를 이용해 세포 내 두 단백질이 상호작용할 때 응축체(condensate)로 뭉치는 현상을 형광으로 보여준다. KAIST 제공

INSPECT 기술은 단백질이 서로 붙을 때 자연스럽게 구분된 영역이 생기는 '상분리(phase separation)' 현상을 인공적으로 만드는 기술이다. 세포 속에서 단백질들이 실제로 어떻게 결합하는지를 형광 신호로 직접 볼 수 있다.

연구팀은 단백질 '페리틴(ferritin)'과 형광단백질 'DsRed'를 활용해 단백질들이 결합할 때 생기는 작은 방울 모양의 덩어리인 '응집체(condensate)'를 눈으로 확인할 수 있게 했다.

이 기술로 15종의 Rho 단백질과 19종의 결합 단백질을 조합해 총 285쌍의 상호작용을 분석한 결과 139쌍에서 실제 결합이 일어남을 확인했다. 특히 Cdc42–FMNL 단백질 조합은 세포의 '직진'을, Rac1–ROCK 단백질 조합은 세포의 '방향 전환'을 담당하는 핵심 회로라는 사실을 밝혀냈다.

세포의 자발적 이동을 제어하는 자율주행시스템을 보여주는 도식. 연구팀은 각 Rho 단백질이 어떤 결합 단백질과 만나느냐에 따라 세포 이동의 방향성과 회전 동작이 정밀하게 제어된다는 사실을 밝혀냈다. KAIST 제공

연구팀은 세포의 방향 조절에 중요한 단백질 Rac1의 37번째 아미노산을 살짝 바꿔 'ROCK 단백질'과 잘 붙지 못하게 만들었다. 그러자 세포는 방향을 바꾸지 못하고 계속 직선으로만 이동했다.

반면 정상 세포에서는 Rac1과 ROCK이 잘 결합해서 세포 앞부분에 '아크 스트레스 섬유(arc stress fiber)'라는 구조가 생긴다. 이 섬유 덕분에 세포가 직각에 가까운 방향 전환을 할 수 있었다.

또한 세포 주변 환경을 변화시킨 실험에서 정상 세포는 환경에 따라 이동 속도가 달라졌지만 변형된 'Rac1F37W 세포'는 환경 변화와 관계없이 속도가 항상 같았다. 이는 Rac–ROCK 단백질 축이 세포가 주변 환경을 인식하고 적응하는 능력을 세밀하게 조절한다는 것을 보여준다.

허원도 교수는 "세포 이동이 무작위적인 운동이 아니라 Rho 신호전달 단백질과 세포 이동 관련 단백질의 조합이 만드는 내재적 프로그램에 의해 정밀하게 제어된다는 사실을 규명했다"며 "새롭게 개발한 INSPECT 기술은 세포 내 단백질 상호작용을 시각화할 수 있는 강력한 도구로 암 전이와 신경세포 이동 등 다양한 생명현상과 질병의 분자 메커니즘을 밝히는 데 폭넓게 활용될 것"이라고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74996

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순위	팀	경기	승	무	패	승점
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3	애스턴 빌라	19	12	3	4	39
4	토트넘	18	11	3	4	36
5	맨시티	17	10	4	3	34
6	맨유	19	10	1	8	31
7	웨스트햄	18	9	3	6	30
8	뉴캐슬	19	9	2	8	29
9	브라이튼	18	7	6	5	27
10	본머스	18	7	4	7	25
11	첼시	18	6	4	8	22
12	울버햄튼	18	6	4	8	22
13	풀럼	19	6	3	10	21
14	브렌트포드	17	5	4	8	19
15	크리스탈 팰리스	18	4	6	8	18
16	노팅엄 포레스트	19	4	5	10	17
17	에버턴	18	8	2	8	16
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