국내 과학자들이 형광 공명 에너지 전달(FRET)을 사용하여 실시간으로 DNA 이중 가닥 절단을 감지하는 새로운 바이오센서를 개발했다.

부산대학교 연구진이 개발한 바이오센서는 의사가 세포 치료에 어떻게 반응하는지 알 수 있고 DNA 복구 약물 개발을 촉진, 획기적인 암 치료법을 제시할 수 있는 단서를 제공했다고 14일 밝혔다. 이와 함께 우리 몸이 손상된 DNA를 복구하는 방법을 밝혀내 DNA 손상과 관련된 질병에 대한 새로운 치료법 개발 가능성을 제시했다.

DNA 이중사슬 손상(DSB)은 DNA 두 가닥이 같은 위치에서 끊어지는 유형으로 세포 성장과 기능에 악영향을 미칠 수 있다. 현재 γH2AX 단백질과 같은 DNA 손상을 식별하기 위해서는 면역염색(immunostaining) 기술로 검출할 수 있지만 살아있는 표본에서 실시간으로 DSB를 파악할 수는 없다.

올해 생명공학 분야 권위지 ‘바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)에 발표된 논문에서 부산대 연구원들은 yH2AX에 대한 시간 및 위치 기반 정보를 제공하여 DSB를 실시간으로 감지할 수 있는 FRET 바이오 센서를 제시했다.

연구를 이끈 부산대학교 김태진 부교수는 “우리가 설계한 바이오센서는 암 치료와 약물 후보물질 발견 등에 유용할 것”이라고 말했다.

FRET 센서는 생물학적 분자 간의 상호작용을 검사하는 두 개의 형광 단백질 또는 염료(공여체 및 수용체)로 구성되어 있다. 에너지 전달 및 방출되는 빛(FRET 신호)의 양은 두 염료 사이의 거리와 방향에 따라 달라진다.

연구자들은 DNA 손상에 반응하는 단백질인 H2AX 기질과 BRCT1 도메인을 형광 염료에 부착했다. H2AX 기질은 H2AX 단백질이 결합하여 인산화되는(γH2AX 형성) 표적이다. 또 BRCT1 도메인은 γH2AX를 포함한 복구 단백질의 축적을 위한 사이트 역할을 한다.

따라서 DSB가 발생하면 γH2AX가 BRCT1 도메인에 유도되어 형광 단백질의 구조적 변화를 일으켜 FRET 신호의 변화를 일으킨다.

연구원들은 FRET 센서를 암호화하는 플라스미드(여기서는 세포 내부에 FRET 센서를 만드는 지침을 포함하는 DNA)를 인간 배아 신장 세포(HEK293T) 세포에 인코딩시켜 센서의 유효성을 확인했다. 이 바이오센서는 기존 면역염색 기술과 비교하여 γH2AX 존재에 대해 민감한 반응을 보여 약물 및 방사선 유발 DSB를 효과적으로 탐지할 수 있다.