DGIST(총장 국양) 화학물리학과 서대하 교수 연구팀이 우수한 공간 및 시간분해능을 가지는 암시야 초분해능 현미경을 개발하고, 이를 활용하여 세포 내 수송과정에서 나타나는 엔도좀의 동적거동을 관찰했다고 밝혔다. 이를 이용한 살아 있는 세포의 장시간 관찰은 기존에 풀지 못한 생물학적 난제를 풀 수 있을 것이라 기대된다.

엔도좀이란 세포내 섭취(endocytosis)를 통해서 세포질에 형성된 생체막으로 둘러싸인 액체주머니로 이는 세포 내 도로망(미세소관)을 따라 움직이는 운동 단백질에 의해 적절한 시간과 장소로 운송된다. 이 과정에서 엔도좀의 이동 및 3차원 회전 분석은 세포내의 수송의 분자생물학적 이해에 중요한 열쇠가 될 수 있다.

화학물리학과 서대하 교수 연구팀은 엔도좀의 병진, 회전 운동을 실시간 관찰하기 위한 방법으로 엔도좀 내 두 개의 나노 탐침을 위치시키고, 이를 구분하고 오랜 시간 관찰할 수 있는 초분해능 현미경을 개발하였다. 광탈색이 없는 금 나노 입자를 사용하고 선형 편광을 빠르게 회전 조사하며, 평관 의존 산란 신호를 초분해능 알고리즘으로 재해석하는 일련의 과정을 통해, 단시간(1초 이내)에 초분해능 이미지를 얻고, 연속 촬영을 통해 장시간 동안의 영상을 촬영하였다. 

이를 이용하여, 엔도좀의 3차원 동적 거동을 관찰, 수송 중 일어나는 병진 및 회전 운동을 분석하였으며, 기존에 측정할 수 없었던 생물학적 회전 물리량 및 이들의 통계적 분포를 도출하였다. 

DGIST 화학물리학과 서대하 교수는 “이번 이미징 기술 개발을 통해 세포내 수송 과정을 수 십 나노미터 수준의 분해능으로 관찰하고, 엔도좀의 ‘줄다리기 모델‘을 직접 확인할 수 있었다.”며 “분자수준의 생명 현상을 밝히는 데 기여할 뿐만 아니라 질병진단을 위한 정밀 의료에도 적용될 수 있을 것이라 기대된다.”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 선도연구센터 그리고 DGIST의 과학기술선도기초연구(HRHR+), 그랜드챌린지연구혁신프로젝트 (D-GRIP)의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제학술지인 ‘미국화학회 골드지’(JACS Au)에 2022년 5월 19일자로 온라인 게재되었고, 7월 25일자로 학술지 표지 논문(supplementary cover)으로 선정되었다.

최승우 기자 kantmania@kyosu.net

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