생체 내 미토콘드리아 극성 관찰에 유용한 이광자 가변색 표지자의 합성 및 물성 연구

Abstract

기존에 생명 현상을 관찰하기 위해 사용되는 일광자 형광의 경우, 생명 현상을 실시간으로 관찰하기에는 단파장의 높은 에너지를 여기원으로 사용하기 때문에 세포에 대한 투과성이 낮고, 세포에 손상을 줄 수 있는 한계점을 지니고 있다. 하지만, 본 연구에서 사용한 이광자 형광 시스템의 경우, 장파장의 낮은 에너지를 여기원으로 사용하기 때문에 일광자 형광이 지닌 한계점을 극복할 수 있다. 뿐만 아니라, 이광자 형광을 이용한 현미경을 이용해 관찰 시 세포가 가지는 자가형광과 세포의 손상 없이 원하는 깊이에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 이러한 장점으로, 이광자 형광 시스템은 생명 현상을 분자 수준에서 관찰할 수 있는 생체 영상 기술의 핵심 소재이다. 세포 내 소기관인 미토콘드리아는 생명 상에 필요한 에너지원인 ATP를 합성해 내고, 세포가 정상적으로 작동하지 않을 시 발생하는 변이과정을 막기 위한 세포사멸(apoptosis)과정을 수행하는 중요한 역할을 한다. 이런 미토콘드리아의 극성은 세포 내 단백질의 수송과 고분자들 사이의 상호작용과 관련 있으며, 미토콘드리아가 정상적으로 작동하지 않을 시 비정상적인 극성의 변화와 함께 세포사멸과정이나 미토콘드리아의 소멸(mitophagy)과정이 일어나게 된다. 미토콘드리아의 극성 변화를 관찰하기 위해 이광자 형광 시스템을 이용한 표지자를 합성하여 표지자에 대한 광물리적 특성을 측정하였다. 그리고 세포에 표지자를 염색시킨 후, 세포 외부에 인위적으로 산화 스트레스를 주어 세포사멸과정이 일어남에 따라 미토콘드리아의 극성 변화를 이광자 형광 현미경을 통해 정량적으로 관찰할 수 있었다. 미토콘드리아 극성 표지자를 이용한다면, 세포의 질병 유무 및 산화 스트레스 정도를 알 수 있는 지시약 및 미토콘드리아와 관련된 생명 현상 연구에 도움이 될 것으로 예상된다.