바이오인

논문명/저널

Visualizing inflammation with an M1 macrohpage probe via GLUT1 as the gating target/Nature Communications

저자정보

Heewon Cho, Haw-Young Kwon, Amit Sharma, Sun Hyeok Lee, Xiao Liu, Naoki Miyamoto, Jong-Jin Kim, Sin-Hyeog Im, Nam-Young Kang, Young-Tae Chang

연구이야기

[연구 배경] 세포는 체내를 이루는 가장 기본 단위로 우리 몸은 다양한 세포의 유기적 관계를 통해 구성된다. 세포들은 우리 몸을 보호하기 위한 면역체계를 담당하는 주요한 역할을 한다. 이 때문에 각 세포들이 가지는 특성을 파악하고 세포에서 일어나는 현상을 실시간으로 파악하는 것은 중요하다. 특히 질병과 연관된 세포의 추적을 통해 진단하거나, 이를 이용한 신약 개발 시에 특정 세포를 구분할 수 있어야 한다.

세포 구별에는 항체가 주로 사용된다. 하지만 항체는 세포막에 있는 바이오마커만 인지하고, 세포 내부에 있는 것은 세포 고정이 필요하여 세포의 실시간 추적에는 부적합하다. 그러나 형광물질은 크기가 작아 이러한 단점을 극복하고 살아있는 세포의 식별에 용이하게 쓰이고 있다.

본 연구진은 형광 라이브러리인 Diversity-Oriented Fluorescence Library (DOFL)를 구축하고, 살아있는 특정 세포의 식별자를 발굴해왔다. 축적된 연구물들을 통해, 특정 세포의 특징을 부각시킨 형광 라이브러리를 이용하게 되면 집약적인 결과를 얻을 수 있을 것이라 생각하였다.

따라서 M1의 특징을 지닌 탄수화물 기반 형광 라이브러리 (Luminescent-Carbohydrate library)를 구축하여, M1에 선택적인 CDr17을 개발할 수 있었다.

[연구 과정] 현재까지 활성화 대식세포의 아류형을 구분하는 형광분자가 개발되지 않았다. 따라서 M1과 M2의 선호하는 대사물질의 차이점을 이용하여, M1의 표적 가능성이 높을 것이라 예상되는 탄수화물 기반 형광 라이브러리를 구축하였다. 이미지 기반 스크리닝을 통하여, M0, M2 대비 M1에 선택성을 보이는 CDr17을 개발하였다. 포도당 유사체인 CDr17 분자 구조에 입각하여 포도당 수용체 (Glucose transporter)와의 연관성에 대해 연구하였다. 포도당 경쟁 및 포도당 수용체 억제제 실험을 통하여 CDr17이 포도당 수용체를 이용해 M1에 선택성을 가진다는 것을 확인하였다. 그리고 포도당 수용체 아과 중에서 포도당 수용체 1 (Glucose transporter 1)이 M1에 과발현 되어 있으며, GLUT1 억제제와 유전자 가위 기법을 통하여 CDr17의 구체적인 표적물질을 확인할 수 있었다.

나아가, M1의 존재 비율이 높다고 알려진 류마티스 관절염 동물에 CDr17 정맥주사를 통하여 빠른 시간 내에 진단이 가능하다는 것을 보여주었다. 또한, CDr17이 축적되는 세포가 M1이라는 것을 조직 이미징을 통하여 입증하였다.

[어려웠던 점] 이전까지의 형광 분자 개발을 위하여 준비하였던 대조군과 비교군과는 달리, M0-M1-M2는 환경 인자에 따라 가소성이 높은 세포들로 각 특성에 맞게 분화된 세포를 준비하여 재현성 있게 만드는 데 많은 어려움이 있었다. 모세포의 상태에 따라 세포의 분화된 정도가 달라, 동일한 조건에서 분화를 시켰음에도 불구하고 세포가 잘 만들어지지 않는 경우가 허다하였다. 따라서 세포 준비에 많은 시간과 노력이 들어가 형광 분자 개발을 위한 단계로 이동하기까지 많은 기간이 필요하였다. 또한, 세포의 이런 특성으로 인하여 동일한 세포 조건 하에 실험 결과에 대한 재현성을 확인하기 위한 노력을 많이 기울였다.

또한, 류마티스 관절염 모델을 만드는 과정 속에서 관절염 발병 정도와 발발하는 시기가 개체마다 달라, 동일한 실험에 대한 재현성을 얻기 위하여 발병이 비슷한 모델을 선별하는데 어려움이 있었다.

이와 같이 대부분의 실험에서 많은 노력과 시간을 들여 진행하였다. 비록 어려움이 있었으나, 체계적인 흐름 속에서 형광 분자 라이브러리 합성부터 시작하여 형광 분자 개발, 그리고 동물 실험까지 거치면서 실험 계획, 진행 및 마무리까지 많은 것을 배울 수 있었다. 따라서 이러한 경험을 통하여 앞으로 진행하게 될 연구들을 정돈된 체계 속에서 잘 진행해 나갈 수 있을 것이라 생각된다.

[성과 및 차별점] 이번 결과는 CDr17의 개발을 통해 활성화 대식세포 중 M1에만 선택성 있는 형광 분자를 개발한 첫 번째 사례이며, 이를 이용한 류마티스 관절염의 정량적 진단 가능성 시사하였다.

[향후 연구계획] 염증 질병 내에서 CDr17의 M1 진단 가능성을 이용하여, 약물 스크리닝을 통한 치료제 발굴 연구를 진행할 예정이다.