【서울 = 서울뉴스통신】 이민희 기자 = 한양대학교 생명과학과 김영필 교수 연구팀은 의과대학 박장환 교수(現 보건산업진흥원 첨단재생의료 PD), 연세대 시스템생물학과 정효빈 교수 연구팀과 공동으로 뇌 성상교세포(astrocyte, 일명 별아교세포)가 신경전구세포(neural progenitor cell)로 전환되는 ‘세포 리프로그래밍(cell reprogramming)’ 과정을 실시간으로 시각화·추적할 수 있는 기술을 개발했다고, 31일 밝혔다.

최근 뇌 질환 연구 분야에서는 알츠하이머, 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환 치료를 위한 뇌세포 리프로그래밍 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 기존 항체 기반 면역형광염색법은 대부분 세포 내부 표적에 국한되고, 생세포 이미징이 어렵다는 한계가 있었다. 또한 유전자 리포터 시스템은 바이러스 주입 등 복잡한 조작이 필요해 실제 뇌조직에 직접 적용하기 어려웠다.

공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘세포-셀렉스(Cell-SELEX)’ 기법을 이용해 동물 뇌 조직에서 분리한 성상교세포 표면에만 특이적으로 결합하는 DNA 압타머(Ast17-30)를 발굴했다. 이어 동일 압타머 3개를 Y자형 DNA 골격에 결합시킨 ‘Y자형 3가 압타머(Tri-△Ast17-30)’를 개발해 결합력을 획기적으로 높였다.

이 압타머는 성상교세포와 신경세포를 명확히 구분할 뿐 아니라, 리프로그래밍이 진행되는 동안 성상교세포가 신경전구세포로 변하는 과정을 손상 없이 실시간으로 추적하는 데 성공했다. 또한 인간 성상교세포 유래 뇌종양(교모세포종) 세포에도 강하게 결합하는 것을 확인, 뇌종양 진단 및 치료제 개발에도 응용 가능성을 제시했다.

김영필 교수는 “이번에 개발한 3가 압타머 기반 기술은 살아있는 뇌조직 내 세포 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 새로운 이미징 도구”라며 “향후 신경퇴행성 질환의 발병 기전 연구와 세포치료제 개발에 중요한 기초자료가 될 것”이라고 말했다.

연구의 핵심은 DNA 기반 분자 인식체인 ‘압타머(aptamer)’ 를 활용해 살아있는 성상교세포만을 선택적으로 인식할 수 있도록 한 것이다. 특히 연구팀은 결합력을 극대화하기 위해 ‘Y자형 3가(trivalent)’ 구조의 DNA 압타머를 설계, 세포 전환 과정을 손상 없이 장시간 관찰할 수 있는 기반을 마련했다는 의미를 갖는다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 선도연구센터(SRC) 및 중견연구자 지원사업, 교육부 4단계 BK21 사업(한양 BK21-BIO4 교육연구단)의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 저명 학술지 'Materials Today Bio'(IF=10.2) 에 지난 28일 온라인 게재됐다.

해당 논문 'Y-shaped trivalent aptamer for targeted visualization and tracking of reprogrammed astrocytes'에는 한양대 생명과학과 오보현 석사과정생, 이은송 박사, 존스홉킨스 의과대학 이은혜 박사후연구원이 공동 제1저자로, 한양대 김영필 교수와 한양대 박장환 교수, 연세대 정효빈 교수가 교신저자로 참여했다.