▲  광활성 신경세포막수용체 (OptoTrk receptor)를 빛으로 활성화시키는 모식도

[동양뉴스통신] 김혜린 기자 = 기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단 허원도 카이스트 교수와  장기영 연구위원,  우도연 박사과정생 등 국내 연구진이 빛으로 뇌 신경세포 성장인자수용체를 원격제어 하는데 세계 최초로 성공했다. 

광유도 뇌신경세포 성장인자수용체 (OptoTrk)‘로 명명된 이 기술은 빛으로 세포막에 위치한 특정 수용체를 원격조정 할 수 있는 광유전학분야 신기술로써 연구진은 이를 신경세포에 적용해 신경세포의 분화를 유도하는데 성공한 것이다.

이번 연구 결과는 네이처 출판그룹이 발간하는 세계적 권위지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 10.015, JCR 상위 5.35%)’ 온라인 판 6월 4일자에 게재되었다.

허원도 교수는 “현재 여러 동물 모델을 대상으로 광유도 뇌신경세포 성장인자수용체(OptoTrk) 기술을 이용한 뇌과학 연구를 진행 중”이라며 “이번에 개발된 방법을 통해 뇌의 복잡한 신경망 구조에서 신경세포가 어떠한 기능을 하는지 규명해 내는데 획기적인 역할을 할 것”이라고 전했다. 

▲  허원도 교수

이번에 개발된 광유도 뇌신경세포 성장인자수용체(OptoTrk) 기술의 핵심은 신경세포에 별도의 물질처리를 하지 않고 빛만을 사용해 신경세포가 작동하게 하는 것이다.

빛을 쬐어 주는 순간 수용체는 순식간에 활성화되고, 신경세포의 신호전달을 유도함으로써 신경세포의 성장과 분화를 유도하는 것이다.

지금까지는 생체작용물질(natural ligand)이 특정 수용체를 조절하는데 널리 사용되어 왔지만, 이 방법으로는 수용체를 시공간적으로 조절하는 것이 불가능하며, 시간 소요로 인해 세포내에 역동적인 신호망을 이해하는데 한계가 있었다.

연구진은 이러한 기존의 문제점들을 해결하기 위해 광유전학(optogenetics)기술을 도입한 새로운 기술을 개발했다.  

광유전학은 최근 생명과학의 여러 분야에서 각광 받고 있는 학문으로, 미생물이나 식물에서 발견되는 빛에 반응하는 단백질을 인간이나 동물세포에 적용해 세포의 여러 기능들을 조절할 수 있다.

허원도 교수는 “빛이 갖고 있는 장점은 형광등의 전원을 켜고 끌 수 있다는 것인데, 단순하게 빛을 쬐어주고 다시 끄는 방법을 통해 세포막 수용체를 조절할 수 있음을 증명했다”며 “빛을 쬐어주는 빈도를 조절함으로써 하위 신호전달의 지속성도 조절할 수 있었고, 결과적으로는 세포의 분화 또한 유도할 수 있음을 확인했다는데 이번 연구성과의 의미가 있다”고 밝혔다.