“세포 속 ‘자가포식체’의 전달 순간을 포착하다”
- 고속×고감도 비표지 영상 기술로 “분해 생물학” 영역을 개척하다 -
홍석철 교수팀(고려대, IBS 분자분광학 및 동력학 연구단)은 세포 내의 소포체(endoplasmic reticulum)에서 생성된 ‘자가포식체(autophagosome)’가 인접한 미세소관(microtubule)으로 이전되는 순간을 세계 최초로 실시간 관측하는 데 성공하였다. 자가포식(autophagy)은 세포가 내부 구성 요소를 분해×재활용함으로써 항상성을 유지하는 핵심 생명 현상이다. 연구팀은, 고속×고분해능
간섭산란 현미경(iSCAT) 및 이와 효과적으로 결합한 형광 현미경을 이용해, 밀리초(ms) 시간 분해능과 나노미터 (nm, 10억분의 1미터) 공간 정밀도를 동시에 확보하였다. 이를 바탕으로, 극히 제한된 공간인 소포체-미세소관 접합점에서 발생하는 자가포식체의 순간적
전이 과정을 실시간 영상으로 포착하였다. 본 성과는 살아 있는 세포 속에서 소기관 간의 전이 현상을 직접적이고 동력학적으로 규명한 세계 최초의 실험적 증거로 평가된다. 본 연구 결과는 세계적 학술지인 ACS Nano (IF = 16.1)에 게재되었다.
- 논문명 : Nanoscopy of Organelle Handoff Portals Reveals Direct Coupling between ER Remodeling and Microtubule-Based Transport
- 저자: 홍석철 교수 (교신저자, 고려대, IBS), 조민행 교수 (교신저자, 고려대, IBS), 박진성 (제1저자, 고려대, IBS), et al.
(왼쪽부터 홍석철 교수, 조민행 교수, 박진성 연구교수)
형광-간섭산란 영상에서 포착된 자가포식체 동력학
형광 현미경이 결합된 간섭산란(iSCAT) 현미경 (F-iSCAT) LC3 분자 형광 영상 및 iSCAT 고속 촬영을 통한 자가포식체 궤적 추적
한 종류의 단백질(LC3)을 형광 표지하는 것만으로 자가포식체와 미세소관을 동시에 형광으로 이미징하는 것이 가능하다. 이와 함께 간섭산란현미경(iSCAT)을 이용해 개별 자가포식체의 이동 과정을 고속으로 추적함으로써, 소포체-미세소관 접합점에서 발행하는 자가포식체의 실시간 전이 과정을 포착할 수 있었다.
ms & nm 분해능으로 순간 포착된 자가소포체 전이 동력학
200-Hz iSCAT 고속 촬영을 통해 포착된 소포체-미세소관 접합점에서의 자가포식체 전이 동력학
소포체-미세소관 접합점에서 자가포식체가 전이되는 순간을 나타낸 예술적 이미지
고감도×고속 영상 기술을 통해 세포소기관 간 상호작용을 직접 관찰할 수 있게 됨으로써, 미시 세계에서의 생명 현상을 시간과 공간의 축에서 동시에 해석하는 동력학적 ‘분해 생물학’이라는 새로운 연구 패러다임을 여는 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다.