병으로 발생 하는 생체 변화를 시스템적으로 이해할 수 있는 기반 제공
김태영 교수 연구팀, 분석화학분야 최고 권위지 Analytical Chemistry 논문 게재
GIST(지스트, 총장 김기선) 지구·환경공학부 김태영 교수 연구팀이 대사적 중수 표지법*을 활용하여 정상시료와 환자시료 내에 존재하는 지질의 상대 비를 분자 수준에서 고효율로 측정할 수 있는 분석법을 개발하였다.
대사적 중수 표지법(metabolic heavy water labeling)은 중수소로 치환된 물을 사용하여 대사 과정에 관여하는 생분자에 중수소를 도입하는 안정 동위원소 표지(stable isotope labeling) 기법이다.
지질(lipid)은 우리 몸을 구성하는 세포의 세포막을 구성하는 성분으로, 에너지 저장 및 신호 전달 기능 등을 담당하며 지질의 종류와 양의 변화는 제2형 당뇨병, 류머티스 관절염, 알츠하이머 병, 그리고 암과 같은 다양한 대사 및 면역질환과 깊은 관련이 있다. 따라서 생체 내 지질의 양을 측정하는 기술은 질병의 원인 규명 및 치료법 개발에 있어 매우 중요한 역할을 한다.
연구팀은 중수 표지법과 고분해능의 질량분석기를 결합하여 동위원소* 분포를 측정한 후 정상 상태와 질병 상태에서 얻어진 생분자들 간의 상대적인 양을 계산할 수 있는 새로운 정량 분석법을 발표하였다. 또한 대용량의 질량분석 데이터를 자동화하여 처리할 수 있게 자체 프로그램도 개발하였다.
동위원소는 원자번호는 같지만, 중성자 수가 달라 원자량이 다른 원소를 말한다.
연구팀은 또한 대표적인 모델 암세포인 헬라 세포(HeLa cell)를 중수로 표지시킨 후, 정량 정확도와 정량 범위를 확인하기 위해 다양한 비로 혼합하여 액체 크로마토그래피-질량분석법(liquid chromatography-mass spectrometry)으로 분석하였다. 그 결과, 지방산(fatty acyl), 글리세롤지질(glycerolipid), 인지질(glycerophospholipid), 그리고 스핑고지질(sphingolipid)을 포함한 총 100여 개의 개별 지질을 100배의 차이까지 상대 정량하는 데 성공하였다.
또한 저산소증을(hypoxia) 유도한 헬라 세포와 정상 세포에서 얻어진 지질의 상대 정량으로부터 기존에 알려진 저산소증으로 유발되는 트라이아실글리세롤(triacylglycerol)의 농축 현상을 확인하였다.
트라이아실글리세롤이란 지질의 한 종류로 글리세린 한 분자에 세 개의 지방산이 결합된 중성 지방이다.
김태영 교수는 “이전에 개발된 동위원소 기반 상대 정량법은 특정 생분자만을 정량할 수 있었던 것에 비해 본 연구에서 개발한 중수 표지법은 지질뿐만 아니라 단백질, 당, 핵산, 대사체를 포함한 여러 생분자의 동시 상대 정량이 가능하다”면서 “향후 질병으로 발생하는 생체 변화를 시스템적으로 연구할 수 있는 기술을 제공할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
GIST 김태영 교수가 주도하고 김종현 박사과정 학생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업과 한국보건산업진흥원 보건의료기술연구개발사업의 지원으로 수행됐으며, 분석화학 분야의 최고 권위지인 '분석화학(Analytical Chemistry)'에 지난 6월 27일에 게재되었다.