세포 이동은 암세포 전이나 면역세포 이동 등 생명 유지에 필수적인 과정이다. 그러나 외부 자극 없이 세포가 스스로 이동 방향을 정하는 원리는 밝혀지지 않았다.
한국과학기술원(KAIST)은 10일 허원도 생명과학과 석좌교수 연구팀이 조광현 바이오및뇌공학과 석좌교수, 미국 존스홉킨스대 이갑상 교수와 함께 세포의 자율 이동을 제어하는 분자 원리를 세계 최초로 규명했다고 밝혔다. 이번 연구는 세포 이동의 내재적 프로그램을 제시함으로써 암 전이와 면역 질환의 원인 규명, 치료 전략 개발에 새로운 방향을 열었다.
연구진은 세포 내 단백질 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있는 이미징 기술 ‘INSPECT’를 개발했다. 이 기술은 단백질이 결합할 때 생기는 상분리(phase separation) 현상을 형광 신호로 시각화해, 세포 속 단백질 결합 구조를 직접 확인할 수 있게 한다. 이를 이용해 Rho 계열 단백질(Rac1, Cdc42, RhoA)과 19종 결합 단백질의 상호작용 285쌍을 분석한 결과, 139쌍에서 실제 결합이 일어났다.
특히 Cdc42–FMNL 단백질 조합은 세포의 직진 운동을, Rac1–ROCK 조합은 방향 전환을 담당하는 핵심 회로로 확인됐다. 연구진이 Rac1 단백질의 37번째 아미노산을 변형해 ROCK 단백질과 결합하지 못하게 하자, 세포는 방향을 바꾸지 못하고 직진만 했다. 반면 정상 세포에서는 Rac1–ROCK 결합으로 세포 앞부분에 ‘아크 스트레스 섬유’가 형성돼 직각에 가까운 방향 전환이 가능했다.
또한 세포 부착 환경을 바꾼 실험에서 정상 세포는 주변 조건에 따라 이동 속도를 조절했지만, 핸들이 고장난 Rac1F37W 세포는 환경과 무관하게 일정한 속도로만 이동했다.
허원도 교수는 “세포 이동은 무작위적이거나 외부에 의존한 반응이 아니라, Rho 신호 단백질 네트워크가 만든 내재적 프로그램에 의해 정밀하게 조절된다”며 “INSPECT 기술은 암 전이, 신경세포 이동, 면역 반응 등 다양한 생명현상 연구에 활용될 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 10월 31일자 온라인판에 게재됐다.
김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr
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