초록 ▼

연구개요
나노기술(원자힘현미경, AFM)을 이용하여 단일신경세포 내 중요부위 별(soma, dendrite, axon, synapse) 표적 마이크로 RNA를 높은 민감도로 고해상도 시각화가 가능한 기술 개발 체계를 구축하고, 이를 기반으로 시냅스 가소성 및 뇌 질환의 핵심 바이오마커 마이크로 RNA의 발굴, 이의 정량적 발현량 차이, 공간적 분포 분석을 통해 마이크로 RNA의 기능과 기작을 파악하여 생물학적 중요성을 검증하고 그 정보를 바탕으로 뇌 질환 진단에 원용될 수 있는 원천기술을 확보하여 실용화의 기반을 구축함.

연구개요
나노기술(원자힘현미경, AFM)을 이용하여 단일신경세포 내 중요부위 별(soma, dendrite, axon, synapse) 표적 마이크로 RNA를 높은 민감도로 고해상도 시각화가 가능한 기술 개발 체계를 구축하고, 이를 기반으로 시냅스 가소성 및 뇌 질환의 핵심 바이오마커 마이크로 RNA의 발굴, 이의 정량적 발현량 차이, 공간적 분포 분석을 통해 마이크로 RNA의 기능과 기작을 파악하여 생물학적 중요성을 검증하고 그 정보를 바탕으로 뇌 질환 진단에 원용될 수 있는 원천기술을 확보하여 실용화의 기반을 구축함.

연구 목표대비 연구결과
(1) AFM을 이용한 단일신경세포 내 마이크로 RNA 고해상도 시각화 기술 개발:Primary culture 단일신경세포를 대상으로 고정화(fixation) 하고 permeabilization 과정을 거쳐 표적 miRNA(miR-132, miR-134)의 상보적 서열로 디자인 한 probe DNA를 혼성화하여 혼성화체 구성 후 이를 선택적으로 인식할 수 있는 HBD가 도입된 AFM 탐침으로 HBD와 miRNA/DNA 혼성화체를 인식하고 결합힘-지도화를 통해 중요 부위(soam, dendrite, axon, synapse)에서의 마이크로 RNA의 발현량 및 공간적 분포 분석을 수행하였다. 또한, 세포 내 극미량 존재하는 마이크로 RNA를 probe DNA에 효율적으로 혼성화 시킬 수 있는 protocol을 확립하였고, AFM 분석 시 검출 환경(이미징 방법, 스캔 속도, 픽셀의 크기 등)을 최적화하였다. 또한, 다양한 마이크로 RNA를 대상으로 분석을 실시하여 재현성, 정확성을 확보하였고, 대상 시료에 대한 샘플 처리, 측정, 분석의 전 과정을 고찰하여 분석 process를 최적화하였다.
(2) 시냅스 활성 및 자극을 통한 시냅스 가소성 기작 모델 확립: 기억, 학습, 알츠하이머 병과 같은 퇴행성 뇌 질환의 원인이 되는 핵심 부위인 수상돌기 소극체의 구조는 BDNF, 염화칼륨, ArcMin-AS, 아밀로이드 베타 등 다양한 시냅스 활성 및 자극에 의해 그 구조가 변하기 때문에 형태학적으로 영향을 미치는 마이크로 RNA에 대한 연구를 수행하였다. 따라서 다양한 시냅스 활성 및 자극을 세포에 처리하고 그에 따른 중요 부위별 마이크로 RNA의 발현량 및 공간적 분포의 차이점을 단일 시냅스 수준에서 분석하여 시냅스 가소성의 기작 모델을 제시하였다.
(3) 뇌 질환 모델에서의 표적 마이크로 RNA 고해상도 시각화: 표적 마이크로 RNA 관련 뇌 질환 질병 마우스 모델인 코카인 중독 마우스를 도입 및 제작하여 질환 동물 모델에서 마이크로 RNA의 기능 및 기작에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과, 코카인 중독 마우스 모델에서의 표적 마이크로 RNA간 발현량 차이를 관찰하였고, 그동안 분해능 한계로 인해 기존 분석법으로는 측정하지 못하였던 단일세포 내 마이크로 RNA와 질병간의 상관관계에 대한 연구를 수행할 수 있는 분석기술을 개발할 수 있었다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
나노기술의 집약체인 AFM을 활용하여 단일신경세포 내 중요 부위별 표적 마이크로 RNA를 단분자 수준에서의 검출과 결합힘-지도화를 통해 극미량 마이크로 RNA의 정량분석 및 나노미터 수준의 고해상도 시각화가 가능한 새로운 분석기술을 개발하였다. (1) 시냅스 가소성의 핵심 마이크로 RNA인 miR-132, miR-134 등의 단일 시냅스에서의 극미량 정량 및 분포 분석을 통해 시냅스 가소성의 기능과 기작에 대한 분석 패러다임 제시 및 바이오마커 검증 및 정보 선점, (2) AFM 분석기술 구축을 통한 세포의 다양성 연구 및 단일세포 진단에 유용하게 활용, (3) AFM 활용 극미량 마이크로 RNA 고해상도 시각화 원천기술 확보로 뇌 질환의 진단 기술 기반 선점, (4) 궁극적으로 본 연구를 통해 뇌 질환의 메커니즘 및 이를 통한 조기진단으로 뇌 질환을 극복하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)