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세포 내 분자량 측정법 개발···"질병 원인 규명 기대"

GIST 연구팀, 대사적 중수 표지법 활용한 지질 상대 정량 알고리즘 개발
지질 양, 질병 원인과 치료법 찾는 데 필요···단백질·핵산 등 다른 생분자도 정량 가능
지질, 단백질, 핵산 등 세포 내 분자의 양을 고효율로 측정하는 기술이 개발됐다. 

GIST(총장 김기선)는 김태영 교수 연구팀이 정상 시료와 환자 시료 내에 있는 지질(lipid)의 상대 비를 분자 수준에서 측정하는 분석법을 개발했다고 8일 밝혔다.

지질은 세포의 막을 구성하는 성분으로, 에너지 저장과 신호 전달 등을 담당한다. 지질의 종류나 양의 변화는 제2형 당뇨병, 류머티스 관절염, 알츠하이머, 암 등 대사·면역 질환에 영향을 미친다고 알려졌다. 생체 내 지질의 양을 측정하는 기술은 질병의 원인을 규명하고 치료법을 찾는 데 필요하다.

연구팀은 대사적 중수 표지법을 활용해 새로운 '상대 정량 알고리즘'을 만들었다. 중수 표지법이란, 중수소로 치환된 물을 이용해 대사 과정에 관여하는 생분자에 중수소를 도입하는 안정 동위원소 표지 기법이다. 이후 고분해능 질량분석기가 동위원소 분포를 측정해 정상 상태와 질병 상태에서 얻어진 생분자들의 상대적인 양을 계산한다. 

연구팀은 대표적인 모델 암세포인 헬라 세포(HeLa cell)를 중수로 표지하고 다양한 비로 혼합해 액체 크로마토그래피-질량분석법으로 정량 정확도와 정량 범위를 확인했다. 그 결과, 지방산·글리세롤지질·인지질·스핑고지질 등 100여 개 개별 지질을 100배 차이까지 상대 정량했다.

또 다른 실험에서는 저산소증이 유도된 헬라 세포와 정상 세포에서 얻어진 지질의 상대 정량에서 트라이아실글리세롤의 농축 현상이 확인됐다. 트라이아실글리세롤은 저산소증으로 유발되는 중성 지방이라고 알려졌다.

김태영 교수는 "기존 동위원소 기반 상대 정량법은 특정 생분자만을 측정할 수 있지만, 중수 표지법은 지질뿐만 아니라 단백질, 당, 핵산, 대사체 등 여러 생분자를 동시에 정량할 수 있다"며 "이번 연구는 질병에 따른 생체 변화를 시스템적으로 연구하는 기술을 제공할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구 결과는 분석화학(Analytical Chemistry) 6월 27일 자에 실렸다. 논문명은 'Deuterium Oxide Labeling for Global Omics Relative Quantification: Application to lipidomics'다.

중수 표지법을 이용해 동위원소분포를 측정하고 지질의 상대정량비를 구하는 모식도. 중수로 표지된 배양액에서 자란 세포에서 추출한 지질(빨간색)과 일반 배양액에서 자란 세포에서 추출한 지질(회색)은 질량 스펙트럼에서 서로 다른 동위원소분포를 나타낸다. 두 동위원소 분포를 이용해 각 시료가 서로 다른 비율로 혼합될 때 만들어지는 동위원소 분포를 컴퓨터로 계산해 라이브러리를 만든다(in silico library). 중수로 표지된 지질과 표지되지 않은 지질을 같은 양으로 섞어 얻은 질량 스펙트럼의 동위원소 분포와 가장 유사한 동위원소 분포를 in silico library에서 찾는다. <그림=GIST 제공>중수 표지법을 이용해 동위원소분포를 측정하고 지질의 상대정량비를 구하는 모식도. 중수로 표지된 배양액에서 자란 세포에서 추출한 지질(빨간색)과 일반 배양액에서 자란 세포에서 추출한 지질(회색)은 질량 스펙트럼에서 서로 다른 동위원소분포를 나타낸다. 두 동위원소 분포를 이용해 각 시료가 서로 다른 비율로 혼합될 때 만들어지는 동위원소 분포를 컴퓨터로 계산해 라이브러리를 만든다(in silico library). 중수로 표지된 지질과 표지되지 않은 지질을 같은 양으로 섞어 얻은 질량 스펙트럼의 동위원소 분포와 가장 유사한 동위원소 분포를 in silico library에서 찾는다. <그림=GIST 제공>
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