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세포 내 상분리를 이용한 유전체 구조 변환 기술 개발

 

- 국제 학술지 ‘Cell’지 최신호 게재

 

▲    서울대 기계항공공학부 신용대 교수

 

서울대 공대(학장 차국헌)는 서울대-프린스턴대 공동연구팀 (제1저자: 신용대 서울대 기계항공공학부 교수)이 세포 내 상분리 제어를 통해 형성된 액체 방울을 이용해 유전체의 구조를 변환할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

 

상분리(phase separation)는 일상 생활에서 자주 접할 수 있는 현상으로, 물과 기름이 섞이지 않는 이유도 상분리의 결과이다. 놀랍게도 최근 연구에서 상분리 현상이 세포 내부에서도 일어나며, 상분리를 통해 액체 방울과 같은 응집체들이 만들어진다는 것이 밝혀졌다.

 

100 나노미터에서 수 마이크로미터 정도의 크기를 갖는 이 응집체들을 특정 생체분자들이 다른 분자들과 분리 및 응집되어 생성되며, 다양한 세포 활동에 관여한다. 신용대 교수는 2017년 발표한 Cell 논문에서 분자 간 상호작용을 조절함으로써 세포 내 상분리를 제어할 수 있다는 것을 세계 최초로 보였다.

 

프린스턴대 클리프 브랭윈 교수팀과 공동연구로 진행된 이번 연구에서는 단백질 분자의 특성을 빛을 이용하여 조절할 수 있는 광유전학(optogenetics) 기술과 특정 유전자를 표지할 수 있는 유전자 가위(CRISPR/Cas9)를 융합하였다. 이를 통해 살아 있는 세포 내의 타겟 유전자에 유전자 발현과 관련된 단백질로 이루어진 액체 방울을 응결시킬 수 있는 기술을 개발하였다.

 

연구팀은 CasDrop이라고 명명한 이 기술을 이용해서 유전체와 액체 방울 사이의 역학적 상호 작용을 관찰할 수 있었고, 세포핵 속에 존재하는 액체 방울의 응집체들이 유전체를 선택적으로 변형하는 필터 역할을 한다는 새로운 모델을 제시하였다.

 

신용대 교수는 “세포의 기능은 어떤 유전자를 발현할 것인가에 크게 의존하는데, 유전자와 핵 내의 액적 응집체 사이의 선별적 상호작용이 유전자 발현에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다”며, “이번 연구는 세포 내 구조들의 역학적 상호작용의 중요성을 다시금 보여주는 좋은 사례이며, 이 기술은 유전체와 액적 응집체 사이의 상호작용 및 그 기능을 연구하는데 중요한 도구로 활용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.   

 

본 연구는 서울대학교 신임교수 연구정착금 지원으로 수행됐다.

 

성과를 담은 논문은 셀(Cell)지 11월 29일 자에 게재됐다.

 

 

[참고자료]

▲ CasDrop 기술의 개념도(왼쪽 위)와 액체상 응집체와 유전체의 역학적 상호작용

▲ 텔로미어와 액체상 응집체의 역학적 상호작용