세포 아세틸화의 스펙트럼 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-02

최근 적외선 스펙트럼(infrared spectrum)을 활용하여 세포의 아세틸화( acetylation) 수준을 신속하게 정량적으로 모니터할 수 있다는 것이 입증되어 관계자들이 괌심이 모아지고 있다. 이는 세포에 대한 HDACs 억제제 유형 항종양 약물의 작용 프로세스 및 메커니즘을 심층 연구하는데 새로운 실험 관측 수단과 분석 방법을 제공할 것으로 전망된다. 관련 연구성과는 허페이(合肥)물질과학연구원 기술생물과 농업공정연구소의 황칭(黄青) 연구팀에 의해 완성되었으며 최근 미국화학학회(ACS)가 발간하는 ‘애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry, DOI:10.1021/ac504691q)’에 게재될 예정이다. 후성유전학(Epigenetics) 연구가 심화됨에 따라 사람들은 세포의 후성유전자 변형 이상을 발견했다. 후성유전자 변형 이상은 종양이 생기고 커가는 과정에서 중요한 역할을 한다. 이 중 히스톤(histone) 아세틸화는 가중 중요한 변형 방법에 속한다. 일반적인 상황에서 히스톤의 대부분은 저(低)아셀티화 상태를 나타내지만 히스톤의 탈아세틸(HDACs) 억제가 이뤄질 경우, 히스톤 탈아세틸 프로세스의 과정을 컨트롤하고 억제할 수 있다. 때문에 갈수록 HDACs 억제제의 개발이 많아지고 또 종양 치료에 사용되고 있다. 이에 따라 현재 HDACs 억제제를 타깃으로 하는 항종양 약물은 임상 연구에서의 포인트가 되고 있다. 트리코스타틴 A(Trichostatin A：TSA)를 HDACs 억제제의 대표적인 약물로 활용하면 히스톤과 비히스톤의 아세틸화 발생을 촉진하여 종양 세포 증식을 억제할 수 있다. 그러나 트로코스타틴 A가 세포에 대한 작용 프로세스와 메커니즘은 확실하게 규명되지 못하고 있다. 때문에 그 동안 간편하고 신속하게, 그리고 정량 분석으로 트로코스타틴 A가 세포에 대한 작용 프로세스와 메커니즘을 규명하는 것은 관련 연구자들의 중요한 도전으로 대두되었다. 황칭(黄青) 연구팀은 수년 동안의 세포 아세틸화의 스펙트럼에 대한 연구를 추진해 왔으며 연구팀은 스펙트럼 기술(형광 기술 포함)을 이용하여 각종 물리 및 화학적 요인이 생물체 중의 세포 구조와 성분(component) 변화를 집중적으로 연구했다. 이를 통해 연구팀은 FTIR(적외선분광기에 의한 물질구조분석장치)이 전통적인 연구 방법에 비해 간편하고 신속하며, 관측 원가 저렴한 등 장점을 갖췄으며 또 염색이나 표기가 없는 생물 샘플에 대해 손실이 없는 관측이 가능하다는 것을 입증했다. 황칭(黄青) 연구팀은 적외선 스펙트럼 기술 및 면역 형광 기술을 활용하여 트로코스타틴 A 처리를 거춘 후 세포 중의 단백질 변화를 관측했으며 이와 함께 트로코스타틴 A가 세포 아세틸화 작용의 제량 효과와 시간 효과, 그리고 트로코스타틴 A의 작용 프로세스와 메커니즘을 연구했다. 연구 결과에 따르면, 적외선 스펙트럼 중의 메틸(methyl)과 메틸렌 기능 집단(Methylene functional groups)을 대표하는 신축 진동 강도 비례가 트로코스타틴 A 작용에 의해 초래된 히스톤과 골격 단백질(skeleton protein)의 아세틸화 수준을 나타낸다는 것을 발견했다. 즉 아세틸화 수준이 높을수록 신축 진동 강도가 더 크다. 이 외에도 단백질 아마이드(Protein amide) 구조의 변화도 히스톤과 세포 골결 단백질 구상을 개변한다는 것도 발견했다. 세포 단백질과 골격 단백질의 아세틸화 수준의 제고에 따라 그에 상응하는 2급 구조 a나선 비례도 증가하는 것으로 나타났다. 그림. tubulin: 튜률린; acetylated tubulin: 아세틸화 튜뷸린. KISTI-15-0129-2.png http://www.cas.cn/syky/201501/t20150127_4305723.shtml