안정적인 대면적의 세포막 모델을 구축할 수 있는 시스템 개발

세포의 세포막은 여러 종류의 단백질과 탄수화물을 비롯하여 주성분은 인지질로 이루어져 있다. 이 인지질은 친수성 부분과 소수성 부분으로 나뉘어, 소수성 부분은 소수성 부분끼리 뭉치고 친수성 부분은 친수성 부분끼리 뭉치는 성질 때문에 세포막은 인지질 이중층의 구조를 가지게 된다.

세포막에 위치하는 개별적인 분자 컴포넌트를 연구하거나 인지질 이중층만의 특징을 연구하는 데에 있어, 자연에 존재하는 세포막을 가지고 연구하는 데는 한계가 있다. 그 이유는 자연적으로 존재하는 세포막에는 매우 다양한 종류의 단백질, 탄수화물 분자를 비롯한 여러 가지 분자가 얽혀있기 때문이다. 따라서 위의 연구들을 하기 위하여 세포막의 인공적인 모델 시스템이 필요하다. 인공적인 세포막 모델을 만드는 연구는 시행되고 있었으나 인지질 이중층은 4nm 정도로 얇아 깨지기 쉬운 구조이기 때문에 안정적이지 못하고, 만들어진 인공 세포막 또한 그 크기 작아 연구할 때 제한이 되었다. 우리학교 최명철 교수 연구팀 정대웅 박사과정 학생은 이를 안정적으로 유지할 수 있도록 새로운 시스템을 개발하는 연구를 진행하여 2016년 12월, Scientific Reports에 게재하였다.

[caption id="attachment_6491" align="alignnone" width="653"]

[그림 1] surfactant SPAN80을 이용하여 인공세포막이 만들어지는 방법의 모식도[/caption]

정대웅 학생은 안정적인 세포막 모델을 개발하는 데에 SPAN80이라는 surfactant를 사용하였다. Surfactant는 물방울이 기름 속에 떠 있을 때, 물방울 겉을 코팅하여 물방울들이 합쳐지지 않게 할 수 있는 물질로, emulsion stabilizer의 역할을 한다. 이를 인지질과 함께 사용한다면 안정적인 인지질 이중층을 만들 수 있을 것이라 생각하여 연구한 결과로 세계 최초로 수 mm의 대면적을 가지는 안정적인 인지질 이중층의 세포막 모델을 만드는 데에 성공하였다. 인지질 이중층에 섞여있는 surfactant는 인지질끼리 붙으려는 접착력 때문에 밖으로 빠져나가게 되어 인지질만으로 형성되어 안정적이고 며칠 이상 유지될 수 있는 세포막 모델이 만들어졌다. 만들어진 세포막 모델은 세포막과 관련된 연구를 수행할 좋은 모델이 될 것으로 예상된다. 세포막에 채널 단백질 등의 분자들을 전달하여 세포의 물질대사 및 신호 전달 등이 이루어지는 주된 통로가 세포막인 만큼 이와 관련된 이미징을 포함한 전반적 연구에 도움이 될 것으로 생각된다.

제 1저자 정대웅 박사과정 학생 인터뷰

mcc2

Q) 개발한 모델은 어떤 면에서 연구적으로 큰 가치를 가지는지?

A)기존에는 세포막 모델의 안정도가 좋지 못하여 특정 인지질만을 선택하여 사용하였었다. 이 때문에 실제로는 세포막에 존재하지 않는 인지질을 사용하기도 하여 실제 세포막 모델과 동떨어지는 부분이 있었는데, 개발된 모델에서는 새로운 인지질, 여러 종류의 인지질, 또는 합성된 인지질 등 어떠한 인지질을 사용하더라도 안정적이게 세포막 모델을 만들 수 있는 보편적인 기준을 제공하였다는 점에서 가장 의미가 있는 연구라고 생각한다.

Q) 개발한 안정적인 대면적 세포막 모델 시스템을 이용하여 어떤 연구를 하고 싶은지?

A) 개발된 이 플랫폼을 이용해서 인지질 이중층에 단백질 및 다른 세포막 구성요소를 적용시켜 그들의 기능적 관계 및 역할 등을 밝히고 세포막에 대한 이해를 높여서 질병에 대한 키를 얻는 연구를 하고 싶다.

Q) 연구를 하면서 힘들었거나 뿌듯했던 부분은 어땠는지?

A) 인지질 이중층이 약한 구조라 잘 부서져서 실험할 때마다 터지고, 터져 다시 실험을 해야 하는 것이 인내를 요하는 부분이었지만, 결과를 바로 확인할 수 있다는 것과 인지질 이중층이 생성되는 과정을 눈으로 직접 확인을 할 수 있는 것이 신기하고 재미있었다.

Reference

Dae-Woong, Jeong et al. Enhanced stability of free-standing lipid bilayer and its stability criteria. Scientific Reports 6. (2016)

정문경 기자(ks2s2@kaist.ac.kr)