이번주 ‘금요일에 과학터치’…서울역에서 펼치는 세포이야기
모든 생명체는 직경 10-100μm크기의 세포로 구성되어 있으며 세포의 이동(cell migration)은 조직의 발생 및 분화, 면역세포의 활성화, 신생혈관의 형성, 손상조직의 재생 등에 필수적인 과정이다. 이러한 세포이동의 부적절한 조절은 여러 질병을 유발할 수 있어 세포이동에 필수적인 과정을 이해하고, 효과적으로 제어할 수 있는 기술의 개발은 생명공학산업 및 질병치료제 개발에 기여할 수 있을 것이다.
지난 두 달 동안 진행된 「금요일에 과학터치」는 매회 약 130-150명이 참석하고 있으며, 과학기술부 홈페이지를 통해 지난 강의 동영상이 제공되고 있다.
□ 박동은 (朴東殷, 53세)
○ 소속 : 서울대학교 자연대학 생명과학부 교수
○ 학력
- State University of New York at Stony Brook 신경생물학 박사(‘90)
- 서울대학교(관악) 동물학 석사(‘83)
- 서울대학교(관악) 동물학 학사(‘77)
○ 주요경력
- 서울대학교 자연과학대학 생명과학부 교수(‘02)
- 서울대학교 자연과학대학 분자생물학과 부교수(‘98)
- 광주과학기술원 부교수(‘98)
- 미국국립보건원 Visiting Fellew(‘94)
- 육군화학실험소 생물학연구관 (‘83)
○ 주요연구내용
- GABA 신경전달물질 수용체의 특성 연구
- 세포성장인자 신호전달계 연구
- 세포골격근 조절 세포신호전달 연구
- 세포이동성 조절 세포신호전달 연구
세포는 어떻게 이동하나?
세포(Cell)란?
생명체는 인간이 만든 어떤 기계 보다도 정교하고 효율적으로 다양한 기능을 수행하고 있다. 이러한 생명체의 기능수행은 세포를 최소단위로 하여 이루어진다. 즉, 모든 생명체는 세포라는 기본단위로 구성되어 있고, 생명체를 구성하는 모든 세포 활동의 합이 생명체의 기능으로 구현된다. 세포는 대부분 직경이 10-100μm 정도이고, 인간의 몸은 약 60조개의 세포로 구성되어 있다.
세포(Cell)는 왜 이동하나?
세포의 이동 (cell migration)은 정상적인 세포의 생리활동이며, 이는 조직의 발생 및 분화, 면역세포의 활성화, 신생혈관의 형성, 손상조직의 재생등에 필수적인 과정이다.
세포는 어떻게 이동하나?
세포가 이동하기 위해서는 세포의 형태를 유지하고 있는 세포골격근의 변화가 필수적이다. 세포이동에 가장 중요한 역할을 하는 세포골격근은 액틴세포골격근(actin cytoskeleton)이며, 세포이동시에는 액틴세포골격근의 재배열에 의해 lamellipodia, filopodia와 같이 세포이동에 필요한 세포구조가 형성된다. 또한 세포이동을 위해서는 세포의 이동방향으로 세포막의 지속적인 확장이 수반되어야 한다.
세포골격근의 변화가 세포이동의 원동력이지만, 조직내에서 세포가 이동하기 위해서는 세포이동을 방해하는 세포외기질이나, 세포기저막(basal lamina)을 분해하여 세포가 이동할 수 있는 통로를 만드는 과정 또한 필수적이다. 그러므로 세포외기질을 분해하는 효소의 활성조절기작 연구 또한 세포이동성 연구를 위해 필수적이다.
왜 이 연구를 시작하였는가?
세포이동 (cell migration)은 암세포의 전이, 암전이과정에서 혈관내피 세포의 이동에 의한 신생혈관형성 (angiogenesis), 손상조직의 회복(wound healing)을 위한 세포이동, 병원균 감염부위로의 면역세포의 이동, 류마티스성 관절염등 면역세포들의 비정상적인 활성화에 의한 만성염증성질환등에 필수적으로 수반되는 과정이다. 또한 세포이동의 부적절한 조절은 신경망형성의 이상에 의한 뇌신경계 질환과 같은 발생 및 분화과정에서의 여러 질병을 유발할 수도 있다(그림4). 따라서 본 연구를 통해 세포이동에 필수적인 과정을 이해하고, 이들을 타겟으로 세포이동을 효과적으로 제어할 수 있는 기술개발의 기반을 제공하여, 향후 생명공학산업 및 질병치료제 개발에 기여함을 목표로 하였다.
이 연구에서 얻은 것들은 무엇인가?
1. 세포이동성 조절 유전자 확인 및 유전자 이상 동물모델 제작
본 연구를 통하여 “βPix”로 명명된 유전자가 액틴세포골격근을 조절하여 세포이동성 조절에 핵심적인 역할을 함을 발견하였고, 또한 이 유전자가 발현되지 않도록 유전자 조작을 한 생쥐는 태아시에 사망함을 확인하였다. 이 유전자가 정상생쥐의 절반수준으로 발현되도록 한 생쥐의 경우에는 발생과정에서 뇌신경세포의 이동성을 감소시켜 신경세포들간의 연결에 지장을 초래하여 태어난 후에도 학습능력이 저하되어 있음을 확인 하였다.
2. 세포이동을 저해하는 화학물질 동정
본 연구를 통하여 10,000여종의 화학물질 라이브러리에서 단백질 분해효소의 활성을 저해하여 세포이동을 저해할 수 있는 화학물질을 1종 확보하여 이 물질의 특성을 연구 중 이다.
연구결과 및 미래의 비전은?
1. 본 연구결과
본 연구결과 세포이동성을 조절하는 핵심 유전자를 동정하고, 이 유전자가 세포이동에 필수적인 액틴세포골격근의 조절에 핵심적인 역할을 함을 확인하였다. 뇌에서 이 유전자의 발현이 저해된 생쥐모델을 제조하여, 이 생쥐는 발생과정에서 신경세포의 이동성이 저하로 인해 신경세포간의 연결이 원할치 못하게 되어 학습능력이 저하되어 있음을 확인하였다. 또한 세포이동을 저해하는 화학물질을 동정하여 향후 이를 이용한 암세포전이 차단제 개발의 단초를 마련하였다.
2. 미래의 비전
학습능력이 저하된 모델생쥐는 향후 뇌기능 향상을 위한 신약의 탐색과정에 활용하여 신약개발에 도움을 줄 수 있을 것이며, 세포이동 저해제는 구조 최적화를 통해 부작용이 적고, 효율적인 암세포 전이 억제제 개발될 수 있도록 계속 연구를 진행해 나갈 것이다.
웹사이트: http://www.most.go.kr
연락처
과학기술부 기초연구국
기초연구정책과 사무관 조경옥 02) 509-7733
