기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단은 B세포를 식별할 수 있는 새로운 형광분자 ‘CDyB’를 개발했다. 나아가 B세포가 성숙할수록 CDyB의 염색이 진해진다는 사실을 발견했다. 향후 면역 세포 연구 및 질병 진단에 활용될 것으로 기대된다.

최근 코로나19의 전 세계적인 유행으로 인해 백신에 대한 관심이 높아졌다. 백신은 인위적으로 특정 병원균에 대한 면역 획득을 유도하는 방법으로, 특정 병원균에 대한 항체 생성을 유도한다. 백신에 의한 면역 획득 과정에서 핵심적인 역할을 하는 면역 세포 중 하나가 B세포이다. B세포는 항체를 생성하는 능력을 지녀 외부로부터 침입해온 병원균들을 무력화시키는 역할을 한다. 그 중요성에도 불구하고, B세포와 같은 면역 세포를 살아있는 상태로 연구할 수 있는 기법이 부족한 상황이다.

특히 면역치료 및 세포의 이상을 조기에 파악하려면 B세포와 T세포 구분이 필수적이지만, 생김새와 크기가 비슷해 구분이 쉽지 않다. B세포는 바이러스, 세균 등 외부 항원이 들어왔을 때 항체를 분비하여 항원을 저해하는 역할을, T세포는 항원이 들어왔을 때 사이토카인(cytokine)과 같은 특정 물질을 분비하거나 병원체에 감염된 세포들을 죽이는 역할을 한다. 일반적으로 항체를 이용하는 면역염색법으로 구분하지만 항체가 크기 때문에 세포막 투과율이 떨어져 세포를 고정하거나 구멍을 내는 과정이 필수적이다. 이에 살아있는 상태에서 세포를 관찰하기 어려웠다.

연구진은 이러한 한계를 극복하고자 투과성이 높고 상대적으로 경제성이 높은 저분자 형광 화합물들을 활용하여 B세포만 선택적으로 염색하는 형광분자를 개발했다. CDyB는 추가적인 처리 없이 B세포를 선택적으로 염색할 수 있어 전처리 과정으로 인해 죽은 세포만 관찰할 수 있던 기존의 한계를 극복했다.

형광분자 CDyB는 B세포의 생체마커와의 교차검증을 통해서 B세포만 선택해서 염색할 수 있음을 확인하였고, B세포 내 존재하는 수송체 단백질 ‘SLC35C2’가 없으면 식별하지 못하는 것을 확인했다. 나아가 B세포가 성숙할수록 CDyB의 염색 정도가 강해지는 현상도 알아냈다.

[그림1] CDyB의 염색 기전
B세포 내 수송체 단백질 SLC35C2의 의해, CDyB는 B세포를 선택적으로 식별할 수 있다.

2021년에 연구진이 개발한 최초의 B세포 선택적 형광분자 ‘CDgB’와 이번에 개발한 ‘CDyB’은 서로 다른 특징을 가지고 있어 B세포에 대한 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대한다. CDgB와 CDyB는 형광의 색과 염색기전이 다르다. CDgB는 초록색 형광을 내며 세포막 유동성이 T세포보다 큰 B세포에 더 빠르게 염색되고, B세포 중에서는 미성숙 B세포에 더 강하게 염색되는 경향을 보인다. 반면 CDyB는 노란색 형광을 내며, 수송체 단백질이 B세포가 성숙할수록 증가하여 성숙한 B세포에 더 진하게 염색됨을 확인했다. 두 형광분자의 조합은 연구뿐만 아니라 면역질환 진단분야에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

장영태 부연구단장은 “연구진이 보유한 독자적인 형광화합물 연구 플랫폼을 활용하여 다양한 세포군으로 연구의 영역을 넓혀 나갈 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 종합화학 분야의 세계적 권위 학술지인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie)에 7월 5일 온라인 게재되었다.

IBS 홍보팀
백서윤