줄기세포 접착 초기 과정을 고해상도 이미지로 촬영
줄기세포 접착 초기 과정을 고해상도 이미지로 촬영
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세포막에서의 국소접착인산화효소 고해상도 실시간 이미지바이오센서가 주입된 줄기세포의 실시간 고해상도 이미지 사진을 통해 국소접착인산화효소의 활성도를 확인할 수 있다. 줄기세포가 접착하기 쉬운 하드겔에서는 세포접착이 원활하여 국소접착인산화효소의 활성이 높아지는(붉은색 : 고활성도) 반면, 줄기세포가 접착하기 어려운 소프트겔에서는 동일한 효소의 활성이 억제되고 있다(초록-파란색 : 저활성도).
세포막에서의 국소접착인산화효소 고해상도 실시간 이미지바이오센서가 주입된 줄기세포의 실시간 고해상도 이미지 사진을 통해 국소접착인산화효소의 활성도를 확인할 수 있다. 줄기세포가 접착하기 쉬운 하드겔에서는 세포접착이 원활하여 국소접착인산화효소의 활성이 높아지는(붉은색 : 고활성도) 반면, 줄기세포가 접착하기 어려운 소프트겔에서는 동일한 효소의 활성이 억제되고 있다(초록-파란색 : 저활성도).

[더케이뷰티사이언스]   줄기세포가 주변 환경에 정착하기 위해 접착되는 초기과정이 실시간 고해상도 이미지를 통해 밝혀졌다. 부산대학교 김태진 교수 연구팀이 줄기세포에 바이오센서를 주입해 촬영함으로써, 세포 접착될 때의 신호전달 과정을 규명했다. 세포의 생존은 주변 조직에 접착되는 과정과 밀접한 연관이 있다. 줄기세포가 주변 조직에 붙어서 기능이 통합되어야 세포이식이 성공적으로 이루어지고, 암세포는 주변 조직에 붙으면서 전이된다. 세포접착의 역동적인 과정을 추적하려는 연구 시도들이 있었지만, 살아있는 세포에서 시간・공간에 따른 필수 신호물질의 변화를 정밀하게 탐지하는 것은 기술적 한계에 부딪혔다.

연구팀은 줄기세포의 세포막에서 바이오센서가 발현되도록 설계해 실시간 시각적으로 연구할 수 있는 기술적 토대를 마련했다. 바이오센서가 형광공명에너지전이FRET 기술을 이용해, 세포접착 과정의 주요 신호물질인 국소접착인산화효소와 칼슘이온을 탐지하고 이미지로 보여준다.

개발된 기술로 줄기세포의 배양 과정을 촬영한 결과, 세포막에서 국소접착인산화효소와 칼슘이온의 상호작용이 확인되었다. 두 신호물질은 특정 위치에 동시에 활성화되어 있으며, 특히 국소접착인산화효소에 의해 칼슘이온의 활성이 조절된다는 것이 밝혀졌다. 즉, 국소접착인산화효소와 칼슘신호는 세포접착이 성공적일 시에 세포막의 DRMDetergent-resistant membrane에서 특이적으로 동시에 활성화된데 반해 non-DRM 영역에서는 활성이 억제되었다. 또한 칼슘신호의 활성이 국소접착인산화효소에 의해 조절되는 새로운 기전을 발견하였고, 기질의 인터그린-국소접착단백질 복합체 및 TRPM7 채널이 초기세포접착과정의 두 신호 조절에 관여하고 있음을 처음으로 규명했다.

김태진 교수는 “줄기세포의 초기 접착과정에서 국소접착인산화효소와 칼슘의 상호작용을 밝힌 연구로서, 줄기세포 이식에서 발생하는 세포접착의 난제를 해결하는 데 유용한 정보가 될 것”이라며, “뿐만 아니라 암세포의 전이 시 동반되는 세포접착을 지속적으로 차단하는 약물 개발에도 응용될 수 있다”라고 연구 의의를 설명했다. 이 연구는 교육부・한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업의 지원으로 수행되었다. 저명한 국제학술지 ‘어드밴스트 사이언스Advanced Science’ 2018년 12월 18일자 논문으로 게재됐다. 논문명은 ‘Matrix Rigidity-Dependent Regulation of Ca2+ at Plasma Membrane Microdomains by FAK Visualized by Fluorescence Resonance Energy Transfer’.


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