김동휘 교수팀 외력에 의한 세포핵의 형태 변화 메커니즘 규명

본교 KU-KIST 융합대학원 김동휘 교수 연구팀이 살아 있는 세포 내에 작용하는 힘에 의한 세포핵의 크기와 모양 변화를 관찰하여 세포핵의 형태 변화 메카니즘을 규명하는 수학 모델을 개발했다.

* 세포핵 : 유핵 세포의 최대 기관으로 대부분의 유전 물질을 포함하며, DNA 복제, 전사 조절과 같은 세포의 중요 기능이 일어난다. 세포핵의 형태학적 변화는 정상적인 생리 활동에 수반될 뿐 아니라, 암, 근이영양증, 조로증과 같은 퇴행성 유전 질환과도 연관된다.

이번 연구결과는 세포 생물학의 저명 학술지인 Journal of Cell Science 9월 15일자에 표지 논문으로 게재됐다.(논문명 : Volume regulation and shape bifurcation in the cell nucleus)

연구팀은 살아있는 세포에 녹색 형광 (GFP, Green fluorescence protein) - 라민(lamin)* 단백질을 발현시킨 후, 공초점 레이저 주사 현미경 (CLSM, Confocal laser scanning microscope)*을 통해, 세포핵의 3차원 구조를 실시간 모니터링하여 세포핵 내부에 작용하는 힘들에 의한 세포핵의 형태학적 변화를 관찰하고 이를 설명하는 수학적 모델을 제시했다.
* 녹색형광단백질: 생체 내에서 칼슘 이온에 의해 활성된 발광단백질 또는 특이 단백질로부터 에너지를 받아 녹색 형광을 방출하는 2차 형광단백질이다. 생물 연구에 있어 원하는 단백질을 보기위한 표지자로서 광범위하게 이용된다.
* 라민 단백질: 세포핵내의 DNA를 감싸며 핵 내부와 외부를 구분하는 세포막의 구성 성분이며 세포핵을 물리적으로 보호할 뿐만 아니라 다양한 유전 질환에 관여한다.
* 공초점 레이저 주사 현미경: 일반적인 형광 현미경과 달리, 시료의 한 점에서 방출된 빛만 검출하여 분해능을 높인 현미경으로 고해상도 및 3차원 재구성 영상을 얻을 수 있다.

이번 연구에서 기존 세포생물학 및 분자생물학의 기술과 고해상도 현미경 관찰 및 3차원 이미지 재구성 기술을 융합하여, 세포핵의 거동을 설명하는 수학 모델을 개발했다. 본 결과는 암을 비롯한 노화, 퇴행성 유전 질환 연구에 있어 병의 발병과 진행 정도에 따른 세포 내부 소기관들 간의 역학 관계를 규명하는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 보인다.

김동휘 교수는 “물리학적 접근을 통한 생명 현상의 이해라는 패러다임의 변화가 융합 과학을 통해 기존 생물학의 난제를 해결할 수 있으며 이는 나아가 인간 질병 치료를 위한 세포 이하 수준에서의 메카니즘을 규명하게 할 것으로 생각된다.” 고 의의를 밝혔다.

커뮤니케이션팀 남상헌(kize@korea.ac.kr)