[대전=뉴스핌] 라안일 기자 = 국내 연구진이 금속 나노입자를 이용해 세포 노화를 분석하는 방법을 개발했다.

한밭대학교는 기계공학과 송지환 교수 연구팀과 서울시립대 최인희·박현성 교수 연구팀이 공동 연구로 플라스몬 금속 나노입자의 3차원 배치에 따라 고유의 산란 색 및 산란 파장이 달라지는 광학적 현상을 이용해 표적하는 히스톤 수식화의 공간적 분포를 분석하는 새로운 방법을 개발했다고 15일 밝혔다.

히스톤은 염색질의 구조 단위인 뉴클레오솜의 중심 단백질로 DNA 사슬이 감기는 실패 역할을 해 유전자의 발현 조절에 중요한 역할을 한다.

한밭대학교 기계공학과 송지환 교수(왼쪽)와 김윤 석사과정생 [사진=한밭대학교] 2021.10.15 rai@newspim.com

히스톤의 다양한 수식화 조합인 히스톤 코드는 판독 단백질(reader protein)에 의해 인식되며 염색질의 구조 및 3차원 위치와도 밀접하게 연관돼 있다. 히스톤 코드 및 염색질 구조에 일어나는 변화는 암 또는 노화 등 질병 특이적 세포 변화와 긴밀한 관련이 있다.

송지환 교수 연구팀(송지환 교수, 김윤 석사과정)은 이번 연구에서 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 이론적인 분석으로 이미징 프로브로 사용된 금속 나노입자의 다양한 3차원적 배열, 거리, 개수에 따른 산란 파장의 변화를 계산했다.

세포 노화과정에서 보여주는 핵 내의 히스톤 수식화의 위상 변화와 그에 따른 광학특성 변화와 비교를 통해 세포 내 표적 위치 간 거리 및 분포를 예측했다.

서울시립대 생명과학과 공동연구팀(최인희 교수, 박현성 교수, 안현지 석사, 장수정 박사)은 종양유전자 유발 노화 과정에 의해 급격한 공간적 재배치가 일어나는 히스톤 수식화인 'H3K9me3'와 ' H3K27me3'를 플라스몬 금속 나노입자로 표적했을 때 커플링 현상에 의해 노화 과정이 진행됨에 따라 산란 색과 산란 파장의 형태가 역동적으로 변화함을 확인했다.

플라스몬 커플링은 두 개 이상의 플라스몬 금속 나노입자 사이의 거리가 특정 범위 이하로 가까워졌을 때 각 나노입자들의 공명이 혼성화 돼 광학 신호가 변화하는 현상이다.

이를 이용하면 기존에 주로 사용된 유기형광 분자와 비교했을 때보다 더 높은 해상도로 세포 내 표적 위치의 거리 및 공간 분포에 대한 정보를 획득할 수 있다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구실과제, 신진연구과제, 기본연구과제, 중견연구과제와 삼성미래기술육성사업 지원을 받았으며 세계적인 과학 저널인 'Nature Communications'지 온라인 판에 10월 8일자로 게재됐다.

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