알츠하이머를 빠르게 검출해 낼 수 있는 센서 개발

알츠하이머, 파킨슨병 등 여러 질환 조기 진단

비정형 단백질을 이용한 단백질 센서

[객원 에디터 6기 / 김려원 기자] 알츠하이머 같은 신경계 질환부터 암, 심혈관계 질환, 대사질환을 유발하는 ‘비정형 단백질’을 빠르게 검출해 낼 수 있는 센서가 나왔다.

 KAIST는 생명과학과 김학성 교수의 연구팀이 비정형 단백질을 검출하고 분석할 수 있는 센서 단백질을 만드는 데 성공했다고 국제 학술지 ‘잭스골드’에 밝혔다.

단백질은 특정한 3D 모델을 가지고 있으며 약간의 차이점이 그 단백질의 성질을 바꾼다. 게다가 생체 내 다양한 역할을 도맡아 하기 때문에 우리에게 매우 중요한 성분이다. 인간 단백질 중 약 44%는 비정형 단백질이다. 이 단백질은 형태가 정해지지 않아 상황에 따라 구조를 바꿀 수 있다. 그렇기 때문에 이들은 고정된 형태를 가지는 일반 단백질보다 더욱 많은 역할을 수행한다. 하지만 이 특정 지을 수 없는 구조 때문에 그동안 기능을 분석하기가 어려웠다.

연구팀은 비정형 단백질이 단백질 2차 구조인 베타 스트랜드(β-strand)를 형성하는 특정 아미노산 서열을 갖는다는 점에서 착안하여 이러한 특정 서열에 결합할 때 신호를 보내는 단백질 센서를 디자인했다.

먼저 자연계에 있는 녹색 형광 단백질(GFP · Green Fluorescent Protein)에서 베타 스트랜드 한 개를 제거했다. 그리고 이를 비정형 단백질의 특정 서열과 결합했을 때 형광 단백질 발색 단의 파장 스펙트럼이 변하는 센서를 만들었다. 이 센서는 특정 아미노산과 상호적으로 결합했을 때만 반응한다.

더 나가 연구팀은 이 센서로 알츠하이머를 유발하는 베타-아밀로이드(β-amyloid)를 검출해 실시간으로 세포막과의 상호작용을 추적하고 영상으로 직접 볼 수 있었다. 기존에는 비정형 단백질을 분석하기 위해 복잡한 단계를 거쳐야 했고 구조가 바뀌는 탓에 연구가 어려웠다.

그러나 새로 개발된 단백질 센서는 그저 비정형 단백질과 결합함으로써 쉽게 분석하고 연구할 수 있어 앞으로 관련 질병 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다.