연구팀은 살아있는 세포 내에서 상분리 응집체의 생물리적 특성을 심도 있게 이해하고자 생체분자 밀도 정보를 3차원 굴절률 측정을 통해 획득하였다. 대표적인 응집체인 핵소체, 이질염색질, 핵 스페클 그리고 스트레스 과립에 대해 생체분자 밀도 분포를 측정하였다. 응집체는 특정 생체분자들이 농축되어 형성되기에 주변부보다 밀도가 높을 것이라는 일반적인 예측과 달리, 핵 스페클과 스트레스 과립의 경우 주변과 밀도가 비슷한 저밀도 응집체임을 발견하였다.

연구진은 이러한 저밀도 응집체의 거동에 주목하여 그 구조적 특성 및 밀도 조절 기전에 대한 연구를 더욱 진행하였다. 생체분자 밀도는 해당 구조 내 단위 부피에 들어있는 생체분자들의 총질량이므로, 특정 응집체의 밀도가 낮다는 것은 그 내부에 비어있는 공간이 상대적으로 많음을 시사한다. 이를 확인하기 위해 세포 내부에 형광단백질 프로브를 같이 발현시켜 응집체 내부로 단백질 프로브가 얼마나 많이 들어갈 수 있는지를 측정하였다. 그 결과, 고밀도 응집체 내부로는 단백질 프로브가 접근하기 힘들지만, 저밀도 응집체에는 쉽게 들어감을 관찰하였다. 이를 바탕으로 저밀도 응집체가 성긴 내부 구조를 가짐을 확인하였다.

연구진은 나아가 저밀도 응집체가 생성될 수 있는 원리를 추적하였다. 응집체가 유지되기 위해서는 생체분자 간의 물리적 상호작용, 연결성이 필요하기 때문에, 저밀도 응집체의 경우 단백질보다 더 긴 구조를 갖는 RNA가 중요한 역할을 할 것으로 가설을 세웠다. 세포 내 RNA를 제거하는 실험을 수행한 결과, RNA가 제거되면서 응집체의 밀도가 증가하고, 동시에 내부 공간이 더 촘촘해지는 현상을 관찰하였다. 이를 통해 연구진은 RNA가 응집체 밀도 조절의 핵심 기능을 수행함을 발견하였다.

본 연구를 통해 세포 내 막이 없는 세포 소기관들의 생물리적 특성을 더욱 심도 있게 이해할 수 있었고, 연구진은 이번 성과를 바탕으로 향후 응집체의 생물리적 특성과 질병 연계 연구, 응집체 기반 신규 치료제 발굴 및 합성 생물학적 응용 연구를 지속적으로 추진할 계획이다.

이러한 성과를 인정받아 본 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 4월 27일자로 게재되었다.

[논문 제목] RNA-mediated demixing transition of low-density condensates

[문의사항]
서울대학교 공과대학 기계공학부 김태현 박사과정 / 02-880-1906 / taehyunkim20@snu.ac.kr