국내연구진, 세포막 상호작용 첫 규명..."고감도 생체센서 개발 가능"

KAIST·고등과학원·포항가속기연구소 공동 '지질 뗏목' 원리 첫 규명

국내 연구진이 나노단위의 세포막 간 상호작용을 처음 규명했다. 이를 이용하면 고감도 생체 센서 개발이 가능하다.

KAIST는 바이오및뇌공학과 최명철 교수팀이 KAIST 산하기관인 고등과학원 현창봉 교수팀, 포항가속기연구소 이현휘 박사와 공동으로 세포막 간 상호작용을 매개하는 지질 뗏목(Lipid Raft) 정렬 원인과 조절 메커니즘을 처음 규명했다고 5일 밝혔다.

왼쪽부터 KAIST 최명철 교수, 고등과학원 현창봉 교수,포항가속기연구소 이현휘 박사, 고등과학원 박지현 박사, KAIST 이수호 박사(현 뉴욕대 박사후연구원).

'지질 뗏목' 원리를 파악하면 세포 융합, 바이러스 침투, 세포 간 신호 전달 등 다양한 세포막 간 상호작용을 조절할 수 있다.

'지질 뗏목'은 세포막에 존재하는 나노미터 크기 영역이다. 주변에 비해 콜레스테롤 농도가 높고, 지질 분자들이 보다 밀집된 구조로 이루어져 있다.

최명철 교수는 "세포막을 바다에, 막단백질을 사람에 비유해보자. 그럼 망망대해에서 멀리 떨어져 헤엄치는 사람들끼리는 서로 의사소통하기 어렵다. 하지만, 이들을 한 뗏목 위에 모두 태워 놓으면 서로 쉽게 대화할 수 있는 것과 비슷한 원리로 이해하면 된다"고 설명했다.

최 교수는 또 "'지질 뗏목'위 단백질이 바이러스 초기 접촉 및 침입 지점"이라고 덧붙였다.

세포막 사이의 거리가 줄어듦에 따라 지질 뗏목(붉은색 영역)의 정렬과 성장이 일어나는 과정.

연구팀은 두 세포막의 상호작용을 모사하기 위해 실리콘 웨이퍼 위에 상 분리 지질 다중막 형태로 '지질 뗏목'을 재현했다. 막 간 거리조절은 정전기력과 삼투압을 이용했다. 또 막 간 거리 측정에는 형광 현미경과 엑스선 반사율을 활용했다.

연구팀은 이 연구를 통해 두 세포막 간 거리가 '지질 뗏목'의 정렬과 크기를 조절하는 핵심 스위치라는 것을 규명했다.

최 교수는 "'지질 뗏목'이 어떤 원리로 상호작용을 매개하는지 처음 규명한 것"이라며 "인체의 70%를 차지하는 물 분자의 수소결합이 '지질 뗏목'의 정렬을 매개하는 핵심 요소라는 것도 밝혀냈다'고 말했다.

연구팀은 "세포막 사이의 거리라는 스위치 조절을 통해 보다 다양한 기능을 가진 생체 센서를 개발할 수 있는 공학적 토대도 제공할 수 있을 것"으로 내다봤다.

이 연구는 KAIST 이수호 박사와 고등과학원 박지현 박사가 공동 제1 저자로 참여했다.

연구결과는 국제학술지인 ‘미국화학회지’(5월 22일자)에 표지논문으로 게재됐다.

연구결과가 실린 미국화학회지 표지논문.