전 장기 수준의 효소 측정…새로운 3차원 효소 활성 이미징 기술 개발
효소 활성 이미징 기술의 한계를 극복한 고해상 3차원 이미징 방식이 개발되었습니다. 세포 내 미세한 효소 반응을 전체 장기 수준에서 시각화할 수 있어, 향후 약물 개발과 질병 연구에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대됩니다.
형광 탐침을 활용한 고정형 이미지화 기술
형광 염료 기반 탐침 분자 구조
이번에 개발된 기술은 형광 염료가 특정 효소 활성을 감지해 조직 내에 고정되도록 설계된 탐침 분자를 중심으로 작동합니다. 이 탐침은 형광 염료 BODIPY, 활성화 시 결합 기능을 수행하는 고정 유닛, 그리고 아미노산인 알라닌으로 구성되어 있습니다.
활성화된 효소가 있을 경우, 효소가 알라닌을 절단하면서 고정 유닛이 활성화되고, 조직 단백질과 결합한 뒤 압착 세척 단계를 거쳐 조직 내에 남게 됩니다. 반면, 활성이 없는 부위에서는 탐침이 씻겨 나가 형광이 사라지므로, 활성 부위만 뚜렷이 시각화됩니다.
장기 단위로 구현된 3차원 효소 지도
클리어링 기법으로 조직 투명화
해당 기술은 조직 전체를 투명화하는 ‘클리어링(clearing)’을 통해 탐침 분자가 장기 구조 내에서 제 위치에 고정되도록 합니다. 이를 통해 신체의 복잡한 조직 내 효소 활성을 고해상도로 3차원 시각화할 수 있습니다.
도쿄대학교 연구팀은 이 기술을 쥐의 신장에 적용해 APN(aminopeptidase N)이라는 효소의 활성을 전체 신장 구조에서 입체적으로 구현하는 데 성공했습니다.
APN 효소와 세뇨관 수준의 차이 분석
효소 별 미세 구조 활성 측정 가능
APN은 면역 반응, 염증, 종양 형성과 깊이 연관된 효소입니다. 연구팀은 이 효소의 활성을 신장 내 세뇨관 구조별로 정밀하게 측정했으며, 각기 다른 세뇨관에서 나타나는 활성 차이를 시각적으로 분석했습니다.
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또한, APN 억제제를 활용한 실험에서 억제제 종류에 따라 탐침의 고정 패턴이 다르게 나타남을 확인했습니다. 이는 각 억제제의 흡수 방식이나 대사 경로, 조직 내 분포 방식의 차이에 따른 것으로 분석됩니다.
약물 평가와 질환 연구에 새로운 가능성
이번 기술은 효소 수준의 생화학적 반응을 현미경 수준이 아닌, 전체 장기 단위로 정밀 분석할 수 있다는 데 의의가 있습니다. 특히 다양한 억제제의 효과를 직접 이미지로 확인할 수 있어, 신약 개발 과정의 타겟 효소 평가에 효과적으로 활용될 수 있습니다.
핵심 요약
- 새 기술은 효소 활성에 반응하는 형광 탐침을 이용해 3차원 고해상도 이미지를 구현함
- 전체 장기를 투명화하는 ‘클리어링’ 기법으로 조직 내 효소 활성을 입체적으로 측정 가능
- APN 효소의 세뇨관별 분포 차이와 억제제 효과를 시각화해 약물 연구 활용 가능
- 신약 개발 및 질병 메커니즘 분석에 실질적 기여가 기대됨
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