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조직 특이적 분비 단백질 표지 기법 개발, 새 바이오마커 기대감↑
조직 특이적 분비 단백질 표지 기법 개발, 새 바이오마커 기대감↑
  • 박세아 기자
  • 승인 2021.09.13 15:30
  • 댓글 0
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KAIST-서울대 공동연구팀, 특정 조직에서 분비된 단백질을 혈장에서 분리 및 검출
조직 간 신호 전달을 매개하는 내분비 단백질 연구에 도움될 것
질병과 관련된 바이오마커 및 치료 표적 발굴 등 기대
게티이미지뱅크
KAIST 의과학대학원 서재명 교수 연구팀이 서울대학교 화학부 이현우 교수, 서울대학교 생명과학부 김종서 교수 연구팀과 공동연구를 통해 생체 내 조직 특이적 분비 단백질 표지 기법을 개발했다ⓒ게티이미지뱅크

[바이오타임즈] 분비 단백질은 세포에 의해서 분비되는 단백질로, 많은 호르몬, 효소, 독소 및 항균 펩타이드를 포함한다.

우리 몸의 분비 단백질은 체내에서 다양한 생리학적, 병태생리학적 과정을 매개해 생리학적 기능을 조절하는 주요 인자로 알려졌다. 특히, 내분비 단백질은 혈액으로 분비되어 조직과 조직 간의 신호를 전달한다.

분비 단백질은 이러한 특징으로 질병 치료제의 주요 표적이 될 수 있어 분비 단백질 연구는 생물학적, 의학적으로 중요한 의미가 있다.

그러나 현재까지 대부분의 분비 단백질 연구는 세포주 배양 수준에서 배양 상층액을 분석하는 것으로, 체외 세포배양은 체내 생리학적 환경을 충분히 반영하지 못한다는 한계가 지적되어왔다.

이를 극복하기 위해서는 체내 특정 조직이 혈액으로 분비하는 단백질을 연구해야 하지만, 체내의 혈액에는 수천 종의 단백질이 혼합되어 있어 특정 조직이 분비하는 단백질만을 분리하는 기법이 요원했다.

이러한 상황에서 KAIST 의과학대학원 서재명 교수 연구팀이 서울대학교 화학부 이현우 교수, 서울대학교 생명과학부 김종서 교수 연구팀과 공동연구를 통해 생체 내 조직 특이적 분비 단백질 표지 기법을 개발하는 성과를 이뤘다.
 

생체 내 조직 특이적 분비 단백질 표지 기법의 모식도(사진=KAIST)
생체 내 조직 특이적 분비 단백질 표지 기법의 모식도(사진=KAIST)

◇KAIST-서울대 연구팀, 특정 조직에서 분비된 단백질을 혈장에서 분리 및 검출 기법 개발

KAIST 의과학대학원 김광은 석박사통합과정, 서울대학교 화학부 박이삭 석박사통합과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 9월 1일 자 온라인판에 출판됐다(논문명 : Dynamic tracking and identification of tissue-specific secretory proteins in the circulation of live mice).

공동연구팀은 근접 표지 효소를 활용해 살아있는 동물 내에서 특정 조직이 분비하는 단백질을 규명할 수 있는 기법을 개발하고자 했다. 근접 표지 방법은 이웃 단백질을 바이오틴화하는 효소를 통해 근처의 단백질들을 생체 내에서 공유결합으로 표지하여 일시적인 단백질–단백질 상호 작용을 동정할 수 있게 만든 방법이다. 또한 바이오틴을 이용하여 효율적으로 정제할 수 있다.

근접 표지 효소인 TurboID는 근접한 단백질에 바이오틴을 표지할 수 있고, 표지된 단백질은 스트렙타비딘(Streptavidin)을 이용해 손쉽게 분리할 수 있다. 이에 연구팀은 이 효소를 분비 단백질의 분비 경로에 있는 소포체 내강에 위치시켰을 때, 분비 단백질을 효과적으로 표지할 수 있음을 확인했다.

이 효소를 생쥐의 간에 전달한 후 바이오틴을 투여한 결과, 생쥐의 혈장에서 간 유래 분비 단백질만을 검출할 수 있었다. 생체 내 간 유래 분비 단백질은 세포배양을 통한 간 세포주의 분비 단백질과는 확연한 차이가 있음을 확인했다.

나아가 공동연구팀은 이 기법을 질병 모델에서 검증하기 위해 인슐린 저항성 생쥐 모델에 적용했고, 그 결과 인슐린 저항성과 관련이 있는 것으로 보고된 단백질들을 성공적으로 검출할 수 있었다.

 

(A) 간 세포주와 체내 간 조직의 분비 단백질 차이 (B) 본 기법으로 검출된 체내 생쥐 간 조직의 분비 단백질(사진=KAIST)
(A) 간 세포주와 체내 간 조직의 분비 단백질 차이 (B) 본 기법으로 검출된 체내 생쥐 간 조직의 분비 단백질(사진=KAIST)

◇질병과 관련된 바이오마커 및 치료 표적 발굴 등 기대

공동연구팀은 근접 표지 효소를 이용해 특정 조직에서 분비된 단백질을 혈장에서 분리 및 검출할 수 있는 기법을 개발했다. 이번 연구에서는 간에 적용했지만, 각종 바이러스 벡터(Viral vector)와 형질 전환 마우스를 이용하면 간뿐만 아니라 체내의 다양한 세포와 조직에 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

공동 제1 저자인 김광은 석박사통합과정은 “체내에서 간이 분비하는 단백질들은 세포주의 결과와는 크게 달랐고, 이는 기존 세포주를 이용한 분비 단백질 연구의 한계와 그 한계를 극복할 수 있는 이번 기법의 차별성을 보여주는 결과다ˮ라며 ‘체내 생리학적 상태를 더 온전하게 반영할 수 있는 바이오마커 및 치료 표적 발굴에 활용될 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이번 연구 성과는 조직 간 신호 전달을 매개하는 내분비 단백질들에 관한 연구에 도움이 될 수 있다는 데 있다. 또한, 조직별로 각각의 질환 모델을 결합하면 병태생리학적 과정과 관련된 단백질을 검출할 수 있을 것으로 예상한다.

연구팀은 궁극적으로, 이 기법을 통해 인간의 질병과 관련된 바이오마커 및 치료 표적 물질을 발굴할 수 있을 것으로 기대한다.

 

[바이오타임즈=박세아 기자] news@biotimes.co.kr


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