세포 내 지질의 역행성 수송을 정략적으로 지도화한 첫 사례

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-68

 ◆ ‘이중 기능성 지질 탐침(bifunctional lipid probe)’을 활용해 세포 내 지질의 역행성 수송을 정략적으로 지도화한 최초의 연구 성과가 발표

○ 독일 막스플랑크연구소 연구팀은 이중 기능성 지질 탐침(bifunctional lipid probe)을 통해 세포 내 지질의 이동과 대사 변화를 동시에 추적할 수 있는 혁신적 방법을 개발

- 세포 내 지질(lipid) 수송*은 단순한 물질 전달을 넘어 세포 소기관 기능에 매우 중요한 메커니즘으로,

* 세포에서 합성된 수천 종의 지질은 주로 소포체(ER)에서 합성된 후 소포성 수송을 통해 각 소기관으로 전달되고 역행성 수송에 의해 ER로 회수

- 세포 소기관 기능과 막 정체성을 규명하기 위해서는 소기관 선택적 지질 수송의 정량적 연구가 중요하나, 지질 종류별 이미징 기술의 한계로 특히 역행성 수송 경로는 충분히 규명되지 못했던 상황

○ 이에 연구팀은 이중 기능성 지질 탐침을 개발하여 세포 내 지질 수송과 대사 변화를 동시에 추적하고,

- 형광 이미징+질량분석+수학적 모델링을 통합하여 지질 역행성 수송의 정량적 지도를 구축

◆ 시간 분해 형광 이미징 + 초고해상도 질량분석 + 수학적 모델링을 결합하여 최초로 지질의 역행성(retrograde) 수송 지도를 최초로 작성

○ (지질 탐침 제작) PC, PE, PA, SM의 4가지 주요 지질 사슬에 diazirine(광교차결합기능)*과 alkyne(형광표지기능)**을 도입하여 이중 기능성 지질 탐침 라이브러리를 제작

※ PC(Phosphatidylcholine), PE(Phosphatidylethanolamine), PA(Phosphatidic acid)의 3가지 인지질과 SM(Sphingomyelin)의 스핑고지질

* 다이아지린(>CN2)은 자외선 조사 시 반응성이 큰 Carbene으로 변환되어 인접 단백질에 교차결합하여 지질을 특정 시간 특정 위치에 고정 가능

** 클릭화학(click chemistry)을 통해 지질 탐침에 형광 염료를 결합하여 세포 내 분포 이미징

○ (지질 탐침 삽입) α-메틸-사이클로덱스트린 교환법으로 제작된 지질 탐침을 세포막 외엽(outer leaflet)에 삽입

※ 세포막 외엽에는 주로 SM, PC 등이 내엽에는 PE, PS 등이 분포하여 인지질 비대칭성 유지

○ (시간 분해 형광 이미징) 지질 탐침에 자외선을 조사하여 지질을 특정 시간과 위치에 고정(diazirine 광교차결합)하고 공초점(confocal) 현미경 형광 분석을 통해 세포 소기관별 지질 분포를 시각화

○ (지질대사 정량분석) 초고해상도 푸리에변환 질량분석기(FT-MS)를 통해 대사적 전환 여부 및 대사 전환율 정량화

< 지질 수송·대사를 동시 추적하는 최초 실험 파이프라인 >

⇨︎ 실험 개요도 : ① 지질 탐침 제작 → ② 세포막 외엽에 지질 탐침 삽입 → ③ 특정 시간 후, UV를 조사하여 지질을 고정하고 형광 염료를 결합 → ④ 공초점 현미경을 통해 형광 이미징하고 세포를 추출하여 FT-MS 분석