빛으로 면역 반응 조절이 가능해졌다. 기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단 허원도 교수 연구팀은 항체를 빛으로 활성화시켜 특정 단백질을 억제하도록 만드는 광유전학 기술을 개발했다.

감염이나 질병으로부터 우리 몸을 보호하는 방어 체계인 면역의 핵심은 ‘항체’이다. 항체는 Y자 형태의 단백질로 기초과학, 생명과학, 의학 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 각설탕보다 가루설탕이 물에 더 잘 녹는 것처럼, 긴 항체보다 짧은 항체 조각이 세포 내에서 더 잘 녹는다. 이런 특징 때문에 항체 조각들은 오래전부터 생물학적 도구나 의약품 재료로 사용되어왔다.

▲ 항체는 체내에 침입한 바이러스, 세균 등 항원에 대한 반응으로 생체 내에서 생성되는 단백질이다. 전체적으로 Y자 형태이며, 동일한 2개의 긴 단백질 사슬(heavy chain, 파란색)과 동일한 2개의 짧은 단백질 사슬(light chain, 노란색)로 구성된다. (출처 : Svisio / iStock / Thinkstock)

연구팀은 빛을 이용해 항체의 활성화를 조절할 수 있는 ‘옵토바디(Optobody)’기술을 개발하고, 녹색형광단백질(GFP)을 인지하는 가장 작은 항체 조각인 ‘GFP 나노바디’에 적용했다. ‘GFP 나노바디’는 둘로 쪼개져 있는 경우 비활성화 상태이다. 청색광을 쬐어주면 재결합되어 활성화되는데, 활성화된 항체 조각은 세포 이동에 관여하는 단백질을 억제한다. 이번 연구로 항체광유전학 기술을 개발하여, 항체 조각이 쪼개지면 비활성화되고 재결합하면 활성화된다는 것을 밝혔다.

▲ 항체 조각과 옵토바디(Optobody) 기술의 모식도. 둘로 쪼개져 비활성화 상태인 나노바디에 청색광을 쬐어주면 재결합되어 활성화된다.

또한 연구팀은 화학물질을 이용해 항체의 활성화를 조절하는 ‘케모바디(Chemobody)’기술도 함께 개발했다. 세포 내 신호체계와 관련된 면역억제제로 사용되는 라파마이신으로 둘로 쪼개져 있던 항체 조각을 재결합시켜 활성화시키고, 활성화된 항체 조각이 세포 이동에 관여하는 단백질을 억제하는 것을 확인하였다.

기존에는 항체 활성 조절에 화학물질을 주로 이용했는데, 세밀함이 떨어진다는 한계가 있었다. 이번 연구로 빛을 이용하여 항체 활성을 빠른 시간 내에 시․공간적으로 정밀하게 조절하는 것이 가능해졌다. 또한 활성화된 항체를 단백질의 실시간 활성 및 이동을 관찰하는 바이오센서로 이용할 수 있게 되었다.

허원도 초빙연구위원은 “이번 연구로 개발한 항체광유전학기술은 빛으로 세포 내 단백질의 기능을 제어하는 연구에 적용할 수 있고, 더 나아가 앞으로 다양한 질병을 치료하는 항체와 차세대 면역항암제 개발에 많이 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 네이처 메소드(Nature Methods) 10월 15일자 온라인 판에 실렸다.

IBS 커뮤니케이션팀
박인혜