몸 속 칼슘농도 측정 센서 개발···"질병 조기진단 가능"

KIST·부산대 공동연구, 기존보다 2배 칼슘 탐지능력 향상
노인성 질환 조기진단 및 천연물·약물 효능 검증 등에 활용
칼슘센서가 주입된 세포의 소포체에서의 칼슘 농도 변화 측정. <자료=KIST 제공>칼슘센서가 주입된 세포의 소포체에서의 칼슘 농도 변화 측정. <자료=KIST 제공>

국내 연구진이 몸 속 칼슘농도를 측정해 질병을 조기진단하는 센서를 개발했다.  

KIST(원장 이병권)는 정상훈 강릉분원 천연물연구소 천연물융합연구센터 박사 연구팀이 김태진 부산대 생명과학과 교수팀과 공동연구를 통해 '형광공명에너지전이(FRET)' 기반 칼슘센서를 개발했다고 7일 밝혔다. 

대부분의 암, 당뇨병, 심장질환 및 난치성 신경질환 같은 노인성 질환에서는 세포내 소포체의 칼슘 감소가 지속적으로 보고되고 있다. 

세포 내 주요 소기관인 소포체는 단백질 합성 등 세포 기능 조절의 중추적인 역할을 담당. 특히 칼슘 저장고로 알려져 있다. 소포체는 노화에 의한 세포사멸에도 관여해 노인성 질환을 개선 및 치료하기 위한 중요한 치료 타깃으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 

연구팀은 빛에 민감하게 반응하는 두 형광 물질 사이에서 발생하는 비복사 에너지 전이 현상인 FRET 기반 기술로 기존 형광염색 측정의 단점으로 알려진 세포 내부에 존재하는 측정 방해요소를 해결했다. 

또 센서의 감지 부분을 담당하고 있는 단백질 펩타이드 특정 부위 구조를 변화시켜 소포체 내 고농도상의 미묘한 칼슘 변화에 효율적으로 반응하고 탐지할 수 있도록 민감도 부분을 기술적으로 크게 개선했다. 이로 인해 기존 측정방법에 비해 약 2배 이상의 탐지 효율성을 보였다고 연구팀은 설명했다. 

연구팀은 센서의 세포주입 실험에서 칼슘농도를 일시적으로 감소시키는 아데노신 삼인산(ATP) 처리를 했을 때 소포체 내의 칼슘 변화가 형광신호로 탐지되는 세포이미징을 통해 검증했다. 

정상훈 KIST  센터장은 "다양한 질환에서의 세포 소포체 내 칼슘의 역할 및 상호작용 이해를 위한 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"며 "향후 노인성 질환 조기진단 및 천연물·약물 개발과정에서 필요한 생리활성 기전 및 효능 검증에 유용하게 사용될 것"이라고 말했다. 

이번 연구 성과는 국제학술지 '센서스 앤 엑츄에이터스 비-케미칼(Sensors and Actuators B : Chemical)' 8월호에 실렸다. 
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