알츠하이머병을 유발하는 것으로 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 초기 불안정한 움직임을 분자 수준에서 실시간 관찰이 가능한 기술이 개발됐다.
이를 통해 알츠하이머나 파킨슨 병과 같은 퇴행성 질환 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원, 포항산업과학연구원, 성균관대학교 약학대학 연구팀과 함께 이 같은 새로운 ‘단분자 관찰 기술’을 개발했다고 30일 밝혔다.
단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법을 말한다. 생체 과정에서 수반되는 단백질 간의 상호작용, 접힘, 조립 과정 등을 이해하는 데 핵심적인 기술이다.
현재까지 단분자 관찰 기술로는 특정 분자를 식별하기 위한 형광 현미경을 이용해 관찰하거나 단백질을 급속 냉동시켜 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 활용 돼왔다.
그러나 자연 그대로의 단백질을 특별한 전처리 없이 분자 단위에서 실시간으로 관찰할 수 있는 기술은 없었다.
최근 이에 대한 대안으로 물질을 얼리지 않고 상온 상태에서 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 최근 주목을 받고 있다.
이는 얇은 투과막을 이용해 액체를 감싸 전자현미경 내에서 물질 변화를 관찰할 수 있는 기술이지만 두꺼운 투과막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성은 해결 과제였다.
이번에 육종민 교수 연구팀은 차세대 소재로 주목받고 있는 ‘그래핀’을 이용해 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결했다.
단백질의 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발한 것이다.
투과막으로 이용한 그래핀은 원자 단위 두께를 가지고 있어 분자 수준 관찰을 가능케 할 뿐 아니라 전자빔에 의한 단백질 산화를 방지하는 산화 방지 역할을 한다. 이에 기존 대비 40배 가량 변성을 억제해 단백질 거동을 실시간으로 관찰할 수 있었다.
연구팀은 해당 전자현미경 기술을 활용해, 아밀로이드 베타 섬유 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.
육종민 교수는 “분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절할 수 있는 실마리를 제공할 수 있다”며 “알츠하이머 등 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
KAIST 신소재공학과 졸업생 박정재 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 발표됐다.
이슬비 기자 (
