‘카멜레온’ 같이 시시각각 신경세포의 색을 변화시켜 시냅스의 움직임을 눈으로 볼 수 있는 기술이 나와 주목받고 있다.

 

  한국과학기술연구원(KIST) 기능커넥토믹스연구단 조지 어거스틴 박사팀은 ‘억제성시냅스’의 활성화도를 색의 변화로 정밀하게 알려주는 ‘슈퍼클로멜레온’을 개발했다고 25일 밝혔다.

 

  슈퍼클로멜레온은 염소이온(클로린)의 농도에 따라 색깔을 변화시켜 관찰할 수 있도록 하는 ‘클로멜레온’의 차세대 물질이다.

  억제성시냅스는 다른 신경세포의 활성화를 억제하는 시냅스로, 이 부위가 활성화되면 ‘GABA’라는 신경전달물질이 작용해 신경세포 속 염소이온(Cl⁻)의 농도가 높아진다. 100조 개 뇌 속 시냅스 중 3분의 1을 차지하는 억제성시냅스의 작용을 알기 위해서는 염소이온 농도를 정밀하게 파악하는 것이 중요한 과제다.

  연구팀은 듀크대 의대 호머 헬링가 교수가 개발한 ‘단백질 제작 자동화로봇 시스템’을 이용해 을 이용해 슈퍼클로멜레온을 개발했다. 

 

  KIST 연구팀은 빛을 받으면 고유한 색을 내는 형광단백질인 클로멜레온의 구조를 분석한 뒤, 단백질 시퀀스를 간단히 입력하면 mRNA와 박테리아의 효소 등을 이용해 새로운 단백질을 빠르게 조합하는 이 시스템을 이용해 염소이온과 좀 더 잘 결합하는 조합의 새로운 후보 형광단백질을 검토했다.

  그 결과 연구팀은 기존의 클로멜레온에 비해 성능이 향상된 슈퍼클로멜레온을 얻었다. 이 형광단백질을 실험 쥐에게 주입한 결과, 이전보다 훨씬 정밀한 염소농도에 따른 색 이미지를 얻을 수 있었던 것.

 

   이전에는 칼슘이온농도를 측정함으로써 시냅스 움직임을 측정했지만, 신경세포 내에 칼슘이온농도가 절대적으로 낮아 측정과정에도 칼슘이 줄어들어 정상적인 작용을 방해한다. 반면 염소이온은 농도가 높아 슈퍼클로멜레온으로 염소이온을 측정하더라도 신경의 작용에는 문제가 없어 뇌 전체의 작용을 알아보는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.

 

  조지 어거스틴 연구단장은 “슈퍼클로멜레온으로 신경세포의 아주 얇은 가지 속 염소농도까지 알 수 있게 됐다”며 “신호 대 잡음비(S/N)가 높을수록 오차가 적은데, 슈퍼클로멜레온은 기존 클로멜레온에 비해 최대 6배 신호 대 S/N 값이 높아 훨씬 정밀하게 신경세포내 염소이온의 농도를 알 수 있다”고 설명했다.

  이 연구 결과는 신경과학분야 권위지 ‘저널오브뉴로사이언스’ 10월호에 실렸다.