단백질 손실 검출 '신호 약화→증폭' 반전…스탠퍼드 새 기술 개발

단백질이 사라지는 현상을 '신호 약화'가 아닌 '신호 증폭'으로 바꿔 감지하는 기술이 개발됐다. 스탠퍼드대 연구진이 세포 내 단백질 분해를 고감도로 검출하는 '비율식 전사 활성화'(RTA) 기술을 선보였다.

1일(현지시간) 국제학술지 셀(Cell)에 따르면 스탠퍼드대학교 스티븐 배닉 교수팀은 단백질 분해를 프로그래밍 가능한 유전자 발현 증폭 신호로 전환하는 RTA 기술을 발표했다.

단백질 분해는 세포가 항상성을 유지하는 핵심 기전이다. 기존 면역블롯이나 형광 리포터 방식은 표적 단백질 감소를 신호 약화와 직접 연결해 민감도가 낮고 대량 스크리닝이 어려웠다.

RTA는 NF-κB 신호 경로에서 착안했다. 평상시 NF-κB는 억제 단백질 IκB에 붙잡혀 세포질에 머물다가 IκB가 분해되면 핵으로 들어가 표적 유전자 전사를 켠다.

연구팀은 이 '억제물 분해→전사인자 방출' 기전을 공학적으로 재현했다. 표적 단백질을 분해 가능한 억제물로 삼아 전사인자의 억제 도메인에 융합하고, 전사인자와 융합 억제물의 비율을 조절했다.

표적 단백질이 분해되면 억제가 풀리면서 전사인자가 리포터 유전자를 활성화해 출력 신호를 증폭한다. 신호가 '손실의 약화'에서 '손실의 증폭'으로 바뀌면서 검출 민감도가 크게 높아지고 표적 단백질의 풍부도 제약도 넘어섰다.

RTA 회로는 모듈화와 범용성이 뛰어나다. 연구팀은 삼중 직교 회로를 통해 단일 세포에서 여러 단백질의 하향 조절을 동시에 검출했고, 형광 단백질 발현·세포 생존율·바코드 시퀀싱 등 다양한 출력을 구현했다.

이 기술은 분해 경로에 구애받지 않아 유비퀴틴-프로테아좀 경로와 리소좀 경로를 모두 감지할 수 있다. 연구팀은 RTA를 발암 단백질 검출에 적용해 새로운 분자 접착제 분해제를 발굴하는 데도 활용했다.

다만 이 기술은 아직 개념 검증 단계다. 융합 단백질의 과발현이 내인성 단백질 기능을 방해할 수 있고, 생체 적용의 장기 안정성과 표적 외 효과는 추가 평가가 필요하다고 연구팀은 밝혔다.