KAIST, 알츠하이머 발병 과정 실시간 관찰 성공

육종민 신소재공학과 교수팀
퇴행성질환 실마리 제공 기대

퇴행성 뇌질환을 유발하는 아밀로이드 섬유 단백질의 불안정한 움직임과 같은 생명 현상을 분자 수준에서 실시간 관찰이 가능한 기술이 개발됐다. 이를 통해 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 질환의 발병 과정에 대한 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST는 육종민(사진) 신소재공학과 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원·포항산업과학연구원·성균관대 약대 연구팀과 함께 알츠하이머 유발인자로 알려진 아밀로이드 섬유 단백질의 실시간 거동을 관찰할 수 있는 단분자 관찰 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

단분자 관찰 기술은 단일 분자 수준에서 발생하는 현상을 관찰할 수 있는 기법을 말한다. 생체 과정에서 수반되는 단백질 간 상호작용·접힘·조립 과정 등을 이해하는데 핵심적인 기술이다. 현재까지 단분자 관찰 기술로는 특정 분자를 식별하기 위한 형광 현미경을 이용해 관찰하거나, 단백질을 급속 냉동시켜 움직임을 고정해 분자 구조를 해석하는 초저온 전자현미경 기법이 활용돼왔다.

하지만 자연 그대로의 단백질을 특별한 전처리 없이 분자 단위에서 실시간으로 관찰할 수 있는 기술은 개발되지 못했다.

최근 이에 대한 대안으로 물질을 얼리지 않고 상온 상태에서 관찰하는 액상 전자현미경 기술이 최근 주목을 받고 있다. 이 기술은 얇은 투과막을 이용해 액체를 감싸 전자현미경 내에서 물질의 변화를 관찰할 수 있는 기술이지만, 두꺼운 투과 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성은 해결해야 하는 숙제였다.

육 교수 연구팀은 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀을 이용해 막에 의한 분해능 저하와 전자빔에 의한 단백질 변성 문제를 해결하며, 단백질의 거동을 실시간 관찰할 수 있는 단분자 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 개발했다.

이번 연구에서 투과막으로 이용한 그래핀은 원자 단위의 두께를 가지고 있어 분자 수준 관찰을 가능하게 할 뿐만 아니라, 전자빔에 의한 단백질의 산화를 방지하는 산화 방지 역할을 해 기존 대비 40배 가량 변성을 억제해 단백질의 거동을 실시간으로 관찰할 수 있게 했다.

연구팀은 개발한 전자현미경 기술을 활용해, 알츠하이머 질병을 유발한다고 알려진 아밀로이드 베타 섬유의 초기 성장 과정에서 발현되는 분자 불안정성을 세계 최초로 관찰했다.

육 교수는 “현미경 기술의 발전은 생명과학·공학 기술 발전의 토대가 되는 것으로, 분자 단위의 현상을 관찰할 수 있다면 단백질들의 상호작용을 이해하고 조절할 수 있는 실마리를 제공할 수 있다”며 “이를 통해 알츠하이머 같은 퇴행성 질환의 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 지난해 11월 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 온라인판에 게재됐다.

구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com