한국뇌연구원, 광학‧전자현미경 같이 쓰는 형광 프로브 개발

[사진=픽사베이]

[이뉴스투데이 이승준 기자] 국내 연구진이 광학·전자현미경을 같이 쓰는 형광 프로브를 개발했다.

한국뇌연구원은 문지영 신경회로연구그룹 박사팀과 이현우 서울대학교 화학과 교수팀이 광학현미경과 전자현미경을 융합한 이종 이미징 장비에서도 형광능력을 잃지 않고 사용할 수 있는 프로브를 최초로 개발했다고 26일 밝혔다.

뇌 연구에서는 다양한 이미징 장비 사용이 활발하며, 특히 광학현미경과 전자현미경을 동시에 활용하는 연계형 현미경법(CLEM, Correlative Light and Electron Microscopy)은 세포의 활성 변화를 구조 변화와 연계해 볼 수 있다. 그러나 광학현미경 사용에 꼭 필요한 형광 프로브가 전자현미경의 화학고정처리 후에는 형광능력을 잃는다는 단점이 있어 연구가 어려웠다.

이에 문지영·정민교 한국뇌연구원 박사 및 이현우·니르말리 샤마(Nirmali Sharma) 서울대학교 박사 공동연구팀은 전자현미경의 화학고정 후에도 발광능력이 보존되는 형광프로브 및 플렉스(FLEX) 염색기법을 개발하고, 세포소기관 다이내믹스 연구에 적용해 광학·전자현미경 이종장비의 장점을 활용한 이미징 기법에 개발했다.

공동연구팀은 기존의 형광프로브를 이용한 단순염색과 달리 과산화효소인 APEX2에 의한 근접표지법(Proximity labeling)을 적용, 기존 염색방법보다 형광신호의 증폭이 향상된 것을 확인했다.

특히 APEX2 효소에 의해 FLEX 형광신호는 전자현미경에 필요한 화학고정 처리 후에도 형광이 강하게 유지돼 광학현미경과 전자현미경에서 얻은 이미지를 왜곡없이 오버랩해 연계형 현미경 기술의 병목을 해결할 수 있는 가능성을 확인했다.

또 공동연구팀은 이번에 개발한 플렉스 기법을 활용, 광학·전자 연계형 이미징 기법(CLEM)으로 미토콘드리아·리소좀 등 세포소기관 사이의 접촉과 네트워크를 시각화하는 데 최적화했다. 세포소기관의 접촉과 네트워크의 균형은 세포의 기능 유지에 중요한데, 불균형해지면 뇌질환 등 다양한 질환을 일으킬 수 있다.

연구팀은 리소좀과 미토콘드리아의 상호작용을 이중색상(Dual-color)으로 이미징하는 기법을 최초로 사용했다. 이는 이번에 개발한 플렉스 기술이 세포를 2개의 색으로 활영하는 게 가능하다는 점을 의미한다.

이현우 교수와 문지영 박사는 “형광프로브를 활용한 플렉스 기술을 뇌 조직에 활용하면 뇌 신경회로의 활성변화를 구조적인 변화와 연계해 증명할 수 있을 것”이라면서 “특히 APEX2 효소는 유전자를 조작해 세포의 특정 위치에 발현할 수 있기 때문에 앞으로 의생물학 연구에 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 니르말리 샤마 서울대학교 박사와 정민교 한국뇌연구원 박사가 제1 저자로 참여했으며, 국제학술지인 셀 케미컬 바이올로지(Cell Chemical Biology) 최신호에 게재됐다.