세포막 암 단백질 작동 원리, 기존 학설을 뒤집어

심블럿(SiMBlot)의 개괄도. (상) 세포막 비투과성 비오틴(Biotin) 표지 화합물(Sulfo-NHS-Biotin)을 이용해 세포막 수용체만 특이적으로 비오틴(Biotin)을 표지한다. 표지된 세포에 상피성장인자와 같은 외부 자극을 부여한 후 세포를 분쇄하여 세포 현탁액을 만든다. (중) 세포 현탁액을 적절히 희석하여 뉴트라비딘(NeutrAvidin)으로 표면 처리된 유리에 비오틴(Biotin) 표지된 세포막 수용체만을 고정시킨다. (하) 고정된 세포막 수용체의 각 분자 변형 지점에 특이적인 항체를 이용해 형광 표지를 하고, 단분자 영상 기술(Single-Molecule Imaging)을 이용해 각각의 수용체의 분자 변형 상태를 분석한다.

암 메커니즘을 설명해온 생물학계 기존 학설을 뒤집은 단백질 분석기술이 나왔다. 더 정밀한 분석으로 기존 분석 방법의 오류를 해결한 것이다. 향후 암 같은 난치성 질환 진단과 맞춤형 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

류성호 포항공대 교수 연구팀은 단백질을 구성하는 분자 하나의 변화까지 정밀하게 보는 실험방법을 개발해 암 관련 세포막 단백질 변화와 작동 방식을 확인했다고 31일 밝혔다.

연구팀은 단백질을 구성하는 분자 하나가 변할 때 반응을 항체로 잡아내고, 이를 형광물질로 표시해 현미경으로 볼 수 있게 만든 심블럿(SiMBlot) 방법을 고안했다.

생명체가 제대로 된 기능을 수행하려면 신호가 제대로 전달돼야 한다. 암, 당뇨 같은 난치성 질환은 세포막 관련 신호전달 체계 이상으로 나타난다. 세포 간 신호전달 중심 결정기구를 `세포막 수용체`라 하는데 이 작동 원리를 이해하는 것이 질병 진단과 치료 전략 수립의 첫걸음이다.

세포 내 신호전달 메커니즘 중 가장 빠르고 대표적인 작동 메커니즘은 분자 변형이다. 분자 변형은 같은 다중 복합적으로 발생해 다양한 기능을 제어할 수 있지만 현재까지 다중 복합적 분자 변형을 정확히 분석할 수 있는 기술은 없었다.

기존 다중 복합적 분자 변형 연구의 분석상 오류를 피하려면 단일 분자 수준에서 연구가 필요하다. 연구팀은 단백질 분자의 특이 결합을 활용한 단분자 영상기술인 심블럿을 개발해 단일 분자 수준의 분석을 가능하게 했다.

표피세포 성장인자 수용체(EGFR)의 단분자 블랏팅(SiMBlot) 분석 (a) 세포막에서 EGFR 활성화에 의한 각 분자 변형을 단분자 영상 기술로 촬영한 결과, 각각의 분자 변형이 단일 수용체 분자에서 동시에 일어나는 다중 복합적 분자 변형이 존재하지 않는다. (b) 단분자 영상을 분석한 결과 두 개의 인산화 분자 변형이 거의 발생하지 않는다. (c) 인산화 분자 변형이 일어난 EGFR 분자에서 두 개의 분자 변형지점이 동시에 인산화되는 비율은 2% 미만으로 기존의 EGFR 활성 모델이 잘못됐음을 증명했다.

그 결과 그동안 알려진 것과 전혀 다른 사실을 발견했다. 세포막 수용체(EGFR)는 다중 복합적 변형이 아닌 단일분자 변형으로 일어난다는 새로운 사실을 밝혀냈다. 심블럿 기술은 향후 질병 관련 신호전달 체계 작동원리를 밝혀 적절한 맞춤형 치료제를 선정할 수 있게 도와줄 것으로 기대된다.

미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 3월 24일자에 실렸다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com