이번 연구를 수행한 한국뇌연구원, 서울대 공동 연구팀.[한국뇌연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국뇌연구원은 신경회로 연구그룹 문지영 박사팀과 이현우 서울대 화학과 교수팀이 광학현미경과 전자현미경을 융합한 이종 이미징 장비에서도 형광 능력을 잃지 않고 사용할 수 있는 프로브를 최초로 개발했다고 25일 밝혔다.

뇌연구에서는 다양한 이미징 장비 사용이 활발하며, 특히 광학현미경과 전자현미경을 동시에 활용하는 연계형 현미경법(CLEM)은 세포의 활성 변화를 구조 변화와 연계해 볼 수 있다. 하지만 광학현미경 사용에 꼭 필요한 형광 프로브가 전자현미경의 화학고정처리 후에는 형광 능력을 잃는 단점이 있어 연구가 어려웠다.

공동연구팀은 전자현미경 화학고정 후에도 발광능력이 보존되는 형광프로브 및 플렉스(FLEX) 염색기법을 개발하고, 세포소기관 다이나믹스 연구에 적용하여 광학-전자현미경 이종 장비의 장점을 활용한 이미징 기법을 개발했다.

기존 형광프로브를 이용한 단순 염색과 달리 과산화효소인 APEX2에 의한 근접표지법을 적용, 기존 염색방법보다 형광신호의 증폭이 향상된 것을 확인했다. 특히 APEX2 효소에 의해 증폭된 FLEX 형광신호는 전자현미경에 필요한 화학고정 처리 후에도 형광이 강하게 유지되어 광학현미경과 전자현미경에서 얻은 이미지를 왜곡없이 오버랩하여 연계형 현미경 기술의 병목을 해결할 수 있는 가능성을 확인했다.

FLEX는 전자현미경 시약에도 형광을 잃지 않은 형광 프로브 신호 증폭 기술로 새로운 광학-전자 연계형 이미징(CLEM) 기법에 이용될 수 있. 오른쪽은 광학 전자 연계형 기법의 순서.[한국뇌연구원 제공]

또한 이번에 개발한 플렉스 기법을 활용하여 광학-전자 연계형 이미징 기법(CLEM)으로 미토콘드리아, 리소좀 등 세포소기관 사이의 접촉과 네트워크를 시각화하는데 최적화했다. 세포소기관의 접촉과 네트워크의 균형은 세포의 기능 유지에 중요한데, 불균형해지면 뇌질환 등 다양한 질환을 일으킬 수 있다. 연구팀은 리소좀과 미토콘드리아의 상호작용을 이중 색상(dual-color)으로 이미징 하는 기법을 최초로 사용하였는데, 이는 이번에 개발한 플렉스 기술이 세포를 2개의 색으로 촬영이 가능하다는 것을 의미한다.

이현우 교수와 문지영 박사는 “이번에 개발한 형광프로브를 활용한 플렉스 기술을 뇌 조직에 활용하면 뇌신경회로의 활성 변화를 구조적인 변화와 연계하여 증명할 수 있을 것”이라면서 “특히 APEX2 효소는 유전자를 조작해 세포의 특정 위치에 발현할 수 있기 때문에 앞으로 의생물학 연구에 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘셀 케미컬 바이올로지’ 최신호에 게재됐다.