X-ray를 이용하여 세포막간과 콜레스테롤 농도의 관련성 확인

세포의 세포막에는 여러 구성성분이 있지만 그 중에서도 콜레스테롤은 세포막의 유동성을 조절하는데 중요한 요소이다. 콜레스테롤은 세포막의 30% 정도를 차지하는 요소로 그 역할은 아직 정확하게 알려져 있지 않다. 현재 알려진 바로는, 단단한 세포막에 콜레스테롤을 첨가하면 유동성 있게 변화되고, 반대로 굉장히 흐물흐물한 세포막에서는 콜레스테롤이 세포막을 단단하게 잡아주는 역할을 한다고 알려져 있다. 이는 세포막 내부에서 세포막의 구조변화와 콜레스테롤의 농도와의 연관성이다. 하지만, 세포막과 세포막 간의 구조변화에 콜레스테롤의 농도가 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 연구는 진행되지 않았다. 이 연구를 우리 학과 최명철교수팀이 진행하여 2017년 3월 Current Applied Physics에 성과 관련 논문을 게재하였다.

최명철교수팀의 이수호 박사과정 학생은 세포막을 모사한 모델시스템에서 콜레스테롤을 세포막에 넣었을 때, 세포막의 구조가 어떻게 변하는지 확인하는 연구를 진행하였는데, 이 때 세포막의 구조변화를 확인할 때 사용한 것이 입자가속기에서 생성되는 X-ray이다. X-ray가 아닌 일반적인 빛으로는 세포막의 나노크기의 간격을 확인할 수 없는데, X-ray를 이용하면 여러 세포막의 반복되는 층 구조에 따라 다른 X-ray 회절 형태가 나타나고, 이를 토대로 세포막들의 구조적 안정성과 분포를 확인하는 것이 가능하다. 즉, 세포막의 층이 잘 정렬될수록, X-ray의 회절이 반복되는 층에 반복적으로 이루어져 회절점이 크고 분명하 게 나타나는 것을 이용한 연구이다.

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콜레스테롤을 세포막에 어떠한 농도로 넣어주느냐에 따라 변화하는 세포막의 구조가 X-ray 회절정도로 관찰되었다. 세포막에 콜레스테롤을 일정량 넣어주게 되면, 딱딱하고 구불구불했던 고체상의 세포막이 액체상으로 바뀌게 되면서 세포막의 정렬이 일어나게 된다. 즉, 세포막이 여러층 존재하는 다중막 구조가 형성되게 되고, 이러한 접층 구조는 엽록체나 슈반셀 (schwann cell)에서 주로 나타난다. 따라서, 콜레스테롤을 이용하여 세포막 접층이 형성됨을 X-ray를 통하여 확인할 수 있었고, 이 세포막 접층 모델은 엽록체나 슈반셀 등에서 세포막 간의 접착도 및 상호작용을 파악하는 연구에 쓰일 수 있을 것으로 생각된다. 이렇게, 콜레스테롤의 농도 변화로 세포막 내부에서 일어나는 현상뿐만 아니라, 세포막의 여러 층에서 그 질서가 어떻게 변화하는지 최초로 확인한 연구로 그 의의가 있다.

제 1저자 이수호 학생 인터뷰

Q) 이번 연구에 이어 관심 있는 연구가 있는지?

저희 연구실에서 주로 마이크로튜불과 세포막, 이렇게 두 가지 연구를 주로 하고 있는데, 저는 세포막 연구를 하고 있습니다. 세포막 연구는 x-ray, spectroscopy, 확산 그리고 AFM 기술 등 다양한 실험적 수단들을 경험해볼 수 있고, 그 도구들을 활용하여야 제대로 된 연구를 할 수 있다는 점에서 매력적이라고 생각합니다. 그래서 앞으로도 이번 연구의 후속 연구로 세포막의 구조를 바꾸는 원인이 되는 상호작용이 무엇인지에 대한 연구를 진행하고자 합니다.

정문경 기자 (ks2s2@kaist.ac.kr)

Reference

Suho Lee, Dae-Woong Jeong, Myung Chul Choi. Vertical order of DPPC multiplayer enhanced by cholesterol-induced ripple-to-liquid ordered (LO) phase transition: Synchrotron X-ray reflectivity study. Current Applied Physics 17 (2017) 392-397.