[바이오 세션] 바이오 연구와 응용의 영역을 확장하는 혁신기반기술

 

[바이오 세션]  바이오 연구와 응용의 영역을 확장하는 혁신기반기술

 

 

◇바이오 분야의 신규 혁신기반기술의 등장은 그동안 탐색이 어려웠던 생명 현상의 영역에 도달하도록 하여 새로운 지식 대륙을 발견할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 지식 대륙에서 엄청난 양의 데이터를 확보. 최근 논문에서 소개된 uLIPSTIC이라는 혁신기반기술은 전통적인 접근 방식(수용체와 리간드의 특정 조합)에서 벗어나 세포 간의 물리적 접촉 자체를 직접 감지할 수 있어 새로운 형태의 상호작용을 발견하는 데 유용할 전망 ▸주요 출처 : Nature News, Interactions between immune cells recorded, 2024.3.6; Nature, Universal recording of immune cell interactions in vivo, 2024.3.6

 

■ 최근 Nature는 세포 사이의 상호작용을 이해하는 데 광범위하게 사용할 수 있는 uLIPSTIC*이라는 새로운 혁신기반기술을 소개

* labelling immune partnerships by SorTagging intercellular contacts

○ uLIPSTIC과 같은 바이오 분야의 신규 혁신기반기술 등장으로 그동안 알려지지 않았던 생명현상을 규명할 수 있게 되면서 바이오과학이 강조되는 추세(Back to Science)

- 혁신기반기술은 그동안 탐색이 어려웠던 생명 현상의 영역에 도달하도록 하여 새로운 지식 대륙을 발견할 수 있도록 하며, 또한 새로운 지식 대륙에서 엄청난 양의 바이오 데이터를 생산

- 여기에 빠르게 발전하는 AI 등 디지털기술이 적용되면서 난제로 머물러 있던 생명현상에 대한 해답을 찾거나 새로운 원리를 발견할 가능성이 향상

- 이러한 추세 속에서 바이오 과학은 정밀성과 통합성(multi-scale/multi-omics)에 기반하여 다양한 차원을 포괄하는 방향으로 진전될 것으로 전망

 

< 멀티스케일/멀티오믹스 개념 및 구성 >

 

 

 

 

 

■uLIPSTIC의 혁신적인 점은 SrtA와 G5 막단백질을 각각 공여세포(donor cell)와 수용세포(accepter cell) 표면에 고밀도로 발현시켜 세포 간의 물리적 접촉을 감지

○ 일반적으로 세포 사이의 상호작용은 특정 수용체와 그에 결합하는 리간드 간의 접촉을 통해 형성하는데,

- 이는 면역계에서 매우 중요한 역할을 하며, 특정한 세포 간 신호전달 경로를 활성화시키는 기본 메커니즘 중 하나임

○ uLIPSTIC 기술은 전통적인 접근 방식에서 벗어나 세포 간의 물리적 접촉 자체를 직접 감지하고 기록함으로써, 수용체와 리간드의 특정 조합에 의존하지 않고도 세포 간 상호작용을 분석

- 이를 통해 보다 광범위하고 다양한 스펙트럼의 세포 간 상호작용을 탐색할 수 있으며, 특히 아직 잘 알려지지 않은 새로운 형태의 세포 간 상호작용을 발견하는 데 유용

○ SrtA(Sortase A)*와 G5 막단백질**은 uLIPSTIC 기술에서 핵심적인 구성 요소로, SrtA는 G5에 라벨이 부착된 펩타이드 기질을 전달

* SrtA는 Staphylococcus aureus에서 유래한 효소로, 라벨(이 논문에서는 biotin)이 부착된 특정 펩타이드 기질을 세포 표면 단백질(G5 막단백질)에 공유결합시킴

** G5 막단백질은 아미노산인 Glycine 5개가 막단백질에 결합한 형태로, SrtA에 의해 라벨 펩타이드를 전달받게 됨

- SrtA와 G5의 물리적 접촉으로 거리가 가까워질 때(<14nm), SrtA는 G5에 라벨 펩타이드를 전달함에 따라 다양한 유형의 세포 간 상호작용을 기록

※ 또한 단일세포 RNA 시퀀싱을 결합하여 상호작용하는 세포군을 식별하고, 특정 세포- 세포 간 상호작용의 정도와 유전체 및 전사체 프로파일을 정량적으로 분석하여 상호작용을 주도하는 분자 경로를 규명

 

 

■uLIPSTIC 기술은 세포 사이의 상호작용을 기록하는 새로운 방법을 제시함으로써 기존의 연구들과 차별점을 제시

○ 비특이적 세포 간 상호작용 기록 : 기존의 방법들은 대체로 특정 수용체와 리간드 간의 상호작용에 초점

- 반면, uLIPSTIC 기술은 수용체와 리간드의 특정 조합에 의존하지 않고, 세포 간의 물리적 접촉 자체를 기록

※ 이는 연구자들이 세포 간 상호작용을 보다 광범위하게 탐색하고, 아직 알려지지 않은 새로운 상호작용을 발견할 수 있는 기회를 제공

○ 보편적인 상호작용 기록 : 다양한 유형의 세포 간 상호작용을 기록할 수 있는 범용적인 방법을 제공

- 기존의 수용체-리간드 중심의 접근 방식보다 훨씬 유연하며, 다양한 실험 조건에서 활용 가능

○ 정량적 상호작용 분석 : 세포 간 상호작용의 정도를 정량적으로 분석 가능

- 면역반응의 정량적 이해를 증진시킬 뿐만 아니라 세포 간 상호작용이 생물학적 기능에 미치는 영향을 더 정확하게 평가할 수 있을 것으로 예상

○ 새로운 통찰력 및 응용 가능성 제시 : 생명과학 및 질병 메커니즘 연구, 세포치료제 등 신약 개발 등 다양한 응용 분야에서 중요한 역할 기대

- 생명현상의 기본적인 메커니즘을 탐구하는 중요한 도구로서, 발달생물학, 암 연구, 신경과학 등 다양한 분야에서 새로운 발견이 가능

- 특정 질병 상태에서 세포 간의 상호작용 패턴을 분석하여 질병의 조기 진단, 예측 및 모니터링에 의미있게 활용 가능

- 면역반응, 조직재생, 암세포와 면역세포 간의 상호작용 등을 정밀하게 조사하여 새로운 치료 전략과 약물 타겟을 발견하는 데 기여

※ 세포 간 상호작용을 조절하는 물질이나 세포치료제 개발에도 중요한 역할을 기대

- 백신이 면역 시스템에 미치는 영향을 더 정확하게 분석하여 더 효과적인 백신 설계 및 개발이 가능

○ uLIPSTIC과 같은 혁신기반기술으로 생명현상의 복잡성을 더 깊이 이해할 수 있으며, 이를 통해 질병을 더 효과적으로 진단하고, 치료할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대함.