체내 발생 물리적 자극에 의한 세포반응 메커니즘 규명
고려대 김동휘 교수, Nature Communication 논문 게재

▲ KU KIST 융합대학원 김동휘 교수 

고려대 KU-KIST 융합대학원 김동휘 교수 연구팀은 체내에서 발생하는 물리적 자극에 대한 세포핵의 변형을 관찰하여 자극에 대한 인체의 반응 메커니즘을 단일 세포 수준에서 규명했다.

이번 연구결과는 세계적 권위를 자랑하는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지 최신호에 등재됐다.
(* 논문명 : Nuclear lamin A/C harnesses the perinuclear apical actin cables to protect nuclear morphology)

연구팀 (Applied Mechanobiology Group)은 심장 박동, 체액의 흐름, 피부의 인장과 같이 체내에 자연적으로 발생하는 물리적인 자극을 모사하기 위해 고분자 박막을 일정한 주기로 인장 (stretching)시킬 수 있는 장치를 개발하여 녹색 형광 (GFP, Green fluorescence protein) - 라민(lamin A/C)* 단백질을 발현시킨 살아 있는 세포에 직접적인 자극을 가하는 동시에 공초점 레이저 주사 현미경 (CLSM, Confocal laser scanning microscope)*과 3차원 이미지 재구성 (3D image reconstruction) 기술을 활용하여 세포의 변화를 실시간 모니터링했다. 이를 통해 세포 내부의 세포골격 (cytoskeleton)*과 세포핵*의 3차원 구조가 물리적 자극에 의해 서서히 변형 (deformation) 되어가는 원리를 규명했고, 특히 인간 세포의 핵막에 존재하는 라민 단백질 (lamin A/C)의 결손이 세포핵에 더 큰 손상을 가함을 실험적으로 증명했다.
* 세포핵 : 유핵 세포의 최대 기관으로 대부분의 유전 물질을 포함하며, DNA 복제, 전사 조절과 같은 세포의 중요 기능이 일어난다. 세포핵의 형태학적 변화는 정상적인 생리 활동에 수반될 뿐 아니라, 암, 근이영양증, 조로증과 같은 퇴행성 유전 질환과도 연관된다.
* 녹색형광단백질 : 생체 내에서 칼슘 이온에 의해 활성된 발광단백질 또는 특이 단백질로부터 에너지를 받아 녹색 형광을 방출하는 2차 형광단백질이다. 생물 연구에 있어 원하는 단백질을 보기위한 표지자로서 광범위하게 이용된다.
* 라민 단백질 : 세포핵내의 DNA를 감싸며 핵 내부와 외부를 구분하는 세포막의 구성 성분이며 세포핵을 물리적으로 보호할 뿐만 아니라 다양한 유전 질환에 관여한다.
* 공초점 레이저 주사 현미경 : 일반적인 형광 현미경과 달리, 시료의 한 점에서 방출된 빛만 검출하여 분해능을 높인 현미경으로 고해상도 및 3차원 재구성 영상을 얻을 수 있다.

이번 연구 성과는 김동휘 교수 연구팀이 최근 학계에 보고한 ‘세포핵 내부에 작용하는 힘들에 의한 세포핵의 변화’에 대한 수학 모델을 더욱 발전시킨 결과로 연구팀은 제시한 이론을 실험적으로 증명해냈다. 본 결과는 암을 비롯한 노화, 퇴행성 유전 질환 연구에 있어 병의 발병과 진행 정도에 따른 세포 내부 소기관들 간의 역학 관계를 재정의했을 뿐만 아니라 새로운 치료 전략을 수립하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

김동휘 교수는 “물리학적 접근을 통한 생명 현상의 이해라는 패러다임의 변화가 융합 과학을 통해 기존 생물학의 난제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.”고 의의를 밝혔다. 

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)