생체 내 미토콘드리아 활성변화 영상으로 측정한다

미토-케이마 형광단백질을 활용한 생체조직 미토파지 검출 시스템. (A) 미토-케이마 동물모델에서 미토파지 검출원리 모식도. 미토파지의 결과로 미토콘드리아가 산성환경인 리소좀과 융합함에 따른 미토-케이마의 형광특성 변화를 분석해 미토파지를 측정한다. (B) 수소이온농동(pH)에 따른 미토-케이마 단백질의 형광특성 변화. 중성 조건(pH7)에서는 짧은 파장(451nm) 레이저에 의한 형광이 강하나 산성조건(pH4)에서는 긴 파장(561nm) 레이저에 의한 형광이 강해진다. (C) 공초점현미경을 사용한 미토파지 측정 영상. 저산소조건(Hypoxia)에서는 미토파지가 증가하는 것이 붉은색 반점의 증가로 표시됨 (D) 유세포분석기를 사용한 발현세포의 미토파지 측정결과. 정상조건(Normoxia)에서는 미토파지가 활성화된 세포가 2.3%였으나 저산소조건에서는 48.3%로 증가하였음을 검출가능함. <<동아대 의대 제공>>

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 한국과 미국 연구진이 생명현상에서 중요한 역할을 하는 미토콘드리아의 활성조절 과정을 형광 영상으로 분석할 수 있는 시스템을 개발했다.

동아대 의대 윤진호 교수와 미국 국립보건원(NIH) 토렌 핀켈 박사팀은 9일 손상된 미토콘드리아 분해 기전인 미토파지의 활성변화를 생체 조직에서 정확하게 측정할 수 있는 동물모델과 분석시스템을 개발했다고 밝혔다.

한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구결과는 국제학술지 '분자세포(Molecular Cell, 11월 19일자) 온라인판에 실렸다.

미토콘드리아는 세포 내에서 에너지 생산, 대사, 세포사멸 등에 핵심 역할을 하는 소기관이다. 미토콘드리아의 활성은 손상되거나 수명이 다한 미토콘드리아를 제거하는 미토파지의 활성 균형에 의해 유지된다.

미토파지의 활성이 떨어지면 파킨슨병 등 퇴행성 신경질환과 당뇨병 등 대사질환의 위험이 커지는 것으로 알려져 있다. 그러나 아직 생체 내 미토파지의 활성을 정량적으로 측정하는 방법이 없어 미토피지의 생체 내 기능과 분자 수준 작동 원리에 대한 연구가 이루어지지 못했다.

연구진은 산호에서 유래한 형광단백질로 산성도(pH=수소이온농도)에 따라 형광 특성이 변하는 케이마(Keima) 단백질을 이용해 살아 있는 세포에서 미토파지 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 기법을 개발했다.

미토콘드리아는 미토파지 과정 중 강산성인 리소좀과 융합, 강한 산성 환경에 노출되는데 이때 산성도에 따라 달라지는 미토-케이마 단백질의 형광특성을 현미경 영상으로 관찰해 미토파지 활성을 정량적으로 측정한다.

연구진은 또 모든 세포에서 미토-케이마 단백질이 발현되게 유전 조작한 형질전환 생쥐를 만들어 처음으로 여러 생체조직의 미토파지를 측정했다.

그 결과 간, 심장, 근육, 뇌조직의 미토파지 활성이 모두 다른 것으로 나타났으며 노화에 따른 미토파지 감소도 확인됐다.

또 저산소 상태, 고칼로리 식이 등 환경변화에 따라 미토파지 활성이 증가 또는 감소하는 것으로 나타났다.

윤진호 교수는 "미토파지 분석시스템이 미토파지의 분자기전 연구에 사용돼 미토파지가 생체조직 기능 유지와 인체 질병 발생에서 어떤 역할을 하는지 밝히는 데 이바지할 것"이라며 "앞으로 파킨슨병과 같은 퇴행성 신경질환과 노화 관련 질환 등의 원인 규명과 새 치료법 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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동아대 의대 윤진호 교수(왼쪽)와 미국 국립보건원(NIH) 토렌 핀켈 박사