세포 속 칼슘농도 측정법 개발…노인성 질환 진단에 적용 가능

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 세포 속 이온 중 칼슘의 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 세포 속 칼슘의 기능을 이해하는 기초 연구뿐만 아니라 칼슘 감소가 특징인 노인성 질환을 진단하는 데에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 정상훈 강릉분원 천연물융합연구센터장팀과 김태진 부산대 생명과학과 교수팀이 공동으로 세포 소기관인 '소포체' 안의 칼슘농도 변화를 정밀하게 측정하는 단백질 센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

소포체는 세포 내 소기관으로 노화에 의한 세포 사멸 등 세포의 기능을 조절하는데 핵심 역할을 한다. 특히 '칼슘 저장고'로 잘 알려졌다.

소포체 속 칼슘에 의해 세포의 기능이 조절되는 만큼 이 칼슘의 농도를 측정하기 위한 다양한 방법이 개발돼왔다. 이중 가장 많이 쓰이는 방법은 칼슘을 형광으로 염색, 발생하는 빛의 세기를 통해 농도를 추정하는 것인데 주위의 산도(pH) 변화로 측정에 영향을 받거나 염색약이 새는 등 한계가 있었다.

연구진은 더 정확한 농도를 측정하기 위해 소포체 안에 들어가 칼슘농도를 파악하는 '단백질 센서'를 고안했다.

이 센서는 소포체 안에만 들어가도록 하는 신호와 다양한 색을 내는 형광물질이 붙어있다.

소포체 안에서 칼슘과 결합하는 칼모듈린(calmodulin) 단백질이 칼슘과 실제 붙었을 때 변하는 구조를 인지해 내는 색을 바꿀 수 있다. 평소에는 초록색 형광을 띠다가 칼슘과 결합한 칼모듈린을 인지하면 붉은색을 내는 식이다. 형광현미경으로 관찰한 소포체의 색을 통해 칼슘의 농도를 알 수 있다.

연구진이 센서를 세포에 주입해 이 센서의 성능을 확인한 결과, 기존 방법보다 민감도가 2배 이상 높음을 확인했다.

연구진은 "다양한 질환에서 세포 소포체 내 칼슘의 역할 및 상호작용 이해를 위한 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대하며 앞으로 노인성 질환 조기진단 및 천연물·약물 개발과정에서 필요한 생리활성 기전 및 효능 검증에 유용하게 사용될 것으로 전망한다"고 밝혔다.

이번 연구는 KIST 기관 고유사업으로 수행했으며 국제학술지 '센서와 액추에이터 B : 케미컬'(Sensors and Actuators B : Chemical) 8월 호에 실렸다.

단백질 센서를 세포에 주입한 모습. 칼슘이 고농도일 때는 왼쪽 그림처럼 붉은색으로 보이며, 칼슘 농도가 감소하면 오른쪽 그림처럼 보인다. [한국과학기술연구원 제공]

 

 

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