POSTECH-한국뇌연구원 공동연구팀, 10년간 미해결 과제였던 신경세포 염색 메커니즘 해결

▲ 신경세포만을 정확히 찾아 형광으로 염색하는 특수 물질의 작동 원리가 10년 만에 밝혀졌다. ⓒ포스텍
신경세포만을 정확히 찾아 형광으로 염색하는 특수 물질의 작동 원리가 10년 만에 밝혀졌다. 장영태 포항공과대학교 화학과 교수와 김범수 한국뇌연구원 신경회로 연구그룹 박사 공동연구팀이 'NeuO(뉴오)'라는 형광 탐침의 신경세포 선택적 염색 메커니즘을 규명했다고 발표했다.

이번 연구 결과는 국제 화학 권위지 '앙케반테 케미(Angewandte Chemie)'에 게재됐다. NeuO는 2015년 개발된 이후 쥐부터 원숭이, 인간에 이르기까지 다양한 동물의 살아있는 신경세포만을 선택적으로 염색하는 독특한 형광물질로 주목받아왔다.

현재 상업적으로 판매되며 전 세계 연구자들이 널리 활용하고 있지만, 뇌 속 신경세포만을 골라 형광을 내는 정확한 원리는 그동안 수수께끼로 남아있었다. 이러한 메커니즘의 불명확성은 NeuO 응용 범위 확장에 제약 요인으로 작용해왔다.

연구팀은 NeuO의 선택적 염색 원리를 밝히기 위해 네 가지 가설을 설정하고 체계적인 검증 작업을 진행했다. 첫 번째는 NeuO가 신경세포 단백질과 직접 결합한다는 가설, 두 번째는 세포막의 특정 통로를 통해 신경세포에서만 내부로 진입할 수 있다는 가설이었다.

세 번째는 NeuO가 모든 세포에 들어갈 수 있지만 비신경세포에서는 능동적으로 제거된다는 가설, 네 번째는 신경세포 내부에서만 특정 효소에 의해 구조적 변형을 겪는다는 가설이었다.

단계별 검증 결과, 네 번째 가설이 NeuO의 선택적 염색 메커니즘을 정확히 설명하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 NeuO가 오직 신경세포 내부에서만 'PAK6(Serine/threonine-protein kinase PAK6)' 효소에 의해 특수한 화학적 변화를 겪는다는 사실을 규명했다.

이 화학반응은 '인산화(Phosphorylation)'라고 불리는 과정으로, 단백질이나 분자에 인산기가 결합하는 현상이다. NeuO는 인산화 과정을 거치면서 형광 강도가 증가하고, 동시에 세포 외부로 유출되지 않고 신경세포 내부에 머물게 된다.

즉, NeuO가 신경세포 속 특정 효소와 반응해 '빛을 내는 분자'로 변환되면서 세포 안에 축적되고, 이로 인해 형광성이 현저히 높아지는 것으로 밝혀졌다.
저작권자 © 영남경제 무단전재 및 재배포 금지