-
아주대학교와 서울대학교 공동 연구팀이 세포 노화 타이머를 제어할 수 있는 새로운 방법을 발견했다. ‘세포 분열의 타이머’로도 불리는 텔로미어가 새롭게 재구성된 사례를 발견한 것으로, 세포 노화의 비밀을 푸는 단서가 될 것으로 보인다. 아주대 박대찬 교수(생명과학과·대학원 분자과학기술학과)와 서울대 이준호 교수가 교신저자로 함께 한 이번 연구는 자연과학 분야 세계적 학술지인 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF=12.121)> 2월17일자에 게재되었다. 우리 학교 대학원 분자과학기술학과 김다은 학생이 공동저자로 참여했다. 논문 제목은 ‘배아줄기세포에서 텔로미어 서열이 아닌 서열로 만들어진 텔로미어(Telomeres reforged with non-telomeric sequences in mouse embryonic stem cells)’이다. 우리 몸을 구성하는 세포는 분열하고 증식하며 생명 현상을 유지한다. 그러나 세포는 무한히 분열할 수 없으며 분열 과정에서 일정 부분의 유전 정보가 사라지도록 설계되어 있다. 텔로미어는 염색체 말단의 보호 구조로, 세포 분열 시 유전 정보를 대신해 사라지는 보호막 역할을 수행한다. 텔로미어의 길이가 일정 수준 이하로 짧아지면 세포는 분열을 멈추는 세포 노화 상태로 들어간다. 그러나 생식 세포나 줄기 세포, 암세포처럼 활발히 분열하는 세포는 ‘텔로머레이즈’라는 효소를 사용해 텔로미어의 길이를 유지하고 무한한 분열 능력을 가진다. 따라서 세포들이 정상적인 기능을 할 수 있도록 텔로미어의 길이와 분열 수를 조절하는 것이 중요하다. 특히, 텔로미어 유지 기전에 대한 정확한 이해는 부작용 없는 항암 전략, 노화 지연 등을 위한 이론적 기반이 된다. 일부 암세포에서는 ‘대안적인 텔로미어 유지기전(ALT, Alternative Lengthening of Telomeres)’이라는, 텔로머레이즈 효소를 활용하지 않고 텔로미어를 유지할 수 있는 기전이 발견되었다. 그런데 인간 암세포의 경우, ALT를 사용하더라도 일반적인 반복서열을 지닌 텔로미어의 사례만 보고되어 있었다. 연구팀은 이러한 일반적인 반복서열을 보이는 텔로미어가 아닌 다른 구성을 가지는 형태로 재구성된 사례를 포유류 모델 최초로 확인하는 데 성공했다. 텔로머레이즈가 불활성화된 생쥐 배아줄기 세포 배양 중 아주 일부의 세포에서 ALT가 활성화되어 정상적인 분열 속도를 회복한 것. 이때의 ALT 세포는 단순반복 서열이 아닌 독특한 서열이 증폭된 구조를 보였다. 박대찬 교수 연구팀은 이를 ‘mTALT (mouse template for ALT)’라고 명명했으며, 이를 통해 인간 암세포에도 또 다른 형태의 텔로미어가 존재할 가능성을 찾아냈다. 또한, 연구팀은 ALT가 실제 작동하는 과정을 추적하기 위해 텔로미어 길이가 정상적인 세포, 노화 상태에 있는 세포, ALT가 활성화된 이후의 세포 등 다양한 시점의 생쥐 배아줄기 세포에 유전체, 전사체, 단일세포 전사체, 단백질체 분석 등 다양한 오믹스 기법을 활용했다. 이를 통해 ALT 세포의 분자적인 특징을 규명하는 데 성공했다. 연구팀은 "이번 연구를 통해 인간 암 세포에서 또 다른 형태의 텔로미어가 존재할 가능성이 드러났다“며 ”텔로미어라는 개념이 염색체 끝 부분의 반복서열구조와 텔로머레이즈 효소로 이루어진 단순 공식이 아니라 염색체 끝을 보호하는 다양한 기전을 총칭하는 말로 확장되는 데 기여하게 됐다"고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업, 중견연구자지원사업 지원으로 수행되었다.세포 분열에 의한 텔로미어의 변화와 ALT 기전 활성화 설명 모델
-
53
- 작성자서정원
- 작성일2021-03-02
- 7957
- 동영상동영상
-
-
51
- 작성자서정원
- 작성일2021-03-02
- 6247
- 동영상동영상
-
아주대학교 연구진이 ‘꿈의 신소재’ 그래핀에서 나타나는 새로운 광학 현상을 규명해냈다. 이에 2차원 물질 기반의 초고속 광신호 처리나 양자 통신, 양자 센싱 등 양자기술 분야에 활용할 수 있을 전망이다.염동일 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽) 연구팀은 단층 그래핀 두 장을 뒤틀어 포개었을 때 큰 폭 향상된 비선형 광신호가 발생함을 규명했다고 밝혔다. 관련 내용은 ‘두 겹 그래핀에서 뒤틀림 각도 조절을 통한 향상된 삼차조화파 발생(Enhanced third-harmonic generation by manipulating the twist angle of bilayer graphene)’이라는 제목의 논문으로 광학 분야 국제 학술지 <빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications) IF=13.714, IF(%)=2.577> 1월21일자 온라인판에 게재됐다.이번 연구에는 아주대 대학원의 하성주(박사과정, 사진 가운데), 박남훈(박사졸업, 사진 오른쪽) 씨가 제1저자로 참여했고 아주대 이재현 신소재공학과 교수, 유영동 화학과 교수, 박지용 물리학과 교수, 안광준 대학원 에너지시스템학과 교수와 서울시립대학교 정재일 교수(물리학과)도 함께 했다. 단일 탄소 원자층으로 이뤄진 대표적 2차원 물질인 그래핀(graphene)은 높은 전도성과 투명성 뿐 아니라 유연성까지 갖추고 있어 차세대 전기소자 및 광학소자의 기반이 되는 미래 소재로 주목받아 왔다. 단층 그래핀 위에 또 다른 단층 그래핀을 비스듬하게 겹쳐 쌓으면 무아레 무늬(Moire pattern)에 의한 초격자(superlattice) 구조가 나타나게 되는데, 이때 뒤틀림 각도에 따라 저항이 아예 사라지는 초전도체나 전기가 전혀 통하지 않는 절연체 등 기존 단층 그래핀에서 볼 수 없었던 독특한 물리현상이 관측되면서 최근 큰 주목을 받고 있다. 무아레 무늬란, 촘촘한 주기를 가지는 그물이나 옷감 두 장을 비스듬히 겹칠 때 본래 주기보다 매우 큰 주기를 가지고 형성되는 초격자 무늬를 말한다.염동일 교수 연구팀은 강한 세기의 빛이 뒤틀린 두 겹 그래핀에 입사할 때 발생하는 비선형 광학 현상에 주목했다. 특히 두 겹 그래핀의 무아레 초격자 구조에 의하여 전자 상태밀도의 반 호프 특이점(van Hove singularity, 고체 물리 분야에서 전자의 상태밀도 함수가 봉우리 모양의 불연속성을 가지는 지점)이 형성되는데, 특이점 사이의 에너지 간극이 입사하는 빛 에너지의 세 배가 될 때 크게 향상된 삼차조화파가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 나아가 전기적인 제어를 통해 단층 그래핀 대비 최대 60배까지 향상된 비선형 광 파장 변환 신호를 얻을 수 있었다.염동일 교수는 “이번 연구를 통해 그래핀의 적층 각도가 2차원 물질의 비선형 광 특성을 제어하고 향상시키는 새로운 변수가 될 수 있음을 최초로 밝혀냈다”며 “앞으로 2차원 물질의 비선형 광특성을 활용한 초고속 광신호 처리나 양자기술 분야의 광원으로 응용하는데 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다.이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 한국에너지기술평가원의 에너지인력양성사업의 지원으로 수행됐다.(왼쪽)뒤틀린 두 겹 그래핀의 광학현미경 사진. 각각의 색깔은 서로 다른 회전 각도로 적층된 구역을 나타낸다. (오른쪽)두 겹 그래핀에서 측정된 삼차 조화파 발생 이미지
-
49
- 작성자서정원
- 작성일2021-02-26
- 5528
- 동영상동영상
-
-
47
- 작성자서정원
- 작성일2021-02-05
- 6214
- 동영상동영상
-
아주대 서형탁 교수 연구팀이 수소 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 수소 센서를 개발하는 데 성공했다. 차세대 친환경 에너지로 주목받고 있는 수소 에너지 기술의 핵심인 안전성 확보에 기여함으로써 수소의 생산과 활용 기술에 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.서형탁 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진)팀이 개발한 수소 농도 센서는 다층 초박막 합금 촉매-전극 신소재를 기반으로 ppm(백만분의 1) 단위부터 100%까지의 수소 농도를 탐지할 수 있는 고정밀 센서다. 관련 내용은 ‘수소 검지 범위 향상을 위한 다층 Pd-Ni 나노 촉매의 국소적 계면 합금화(Confined interfacial alloying of multilayered Pd-Ni nanocatalyst for widening hydrogen detection capacity)’라는 논문으로 센서 분야 국제 학술지 <센서 앤 액츄에티터 B (Sensors & Actuators B: Chemical)> 1월1일 온라인판에 게재되었다. 아주대 이영안 박사와 Le Thai Duy 박사가 제1저자로 참여하였고 충남대 김현유 교수와 구미전자정보기술원 박주철 박사 연구팀이 함께 참여했다. 수소는 차세대 친환경 에너지 연료원으로 자동차, 전기 생산 분야 등 산업 전반에서 활용 영역을 확장하고 있다. 특히 수소전기차의 보급이 늘면서 친환경 수송 분야에서 수소의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 수소 연료 자체의 특성으로 인한 안전성 확보 문제가 한계로 지적되어 왔다. 수소는 무색·무취의 특성을 가지고 있는 데다 무게가 가벼워 누설의 위험성이 높다. 공기 중의 수소 농도가 4%만 되어도 낮은 에너지의 점화원만 있으면 폭발할 수 있는 것. 특히 수소 연료는 에너지 밀도(단위부피 당 저장된 에너지) 향상을 위해 수백 기압의 고압을 활용하므로, 수소 누설의 사전 감지는 꼭 필요하다.또한, 수소연료전지를 포함해 여러 형태로 수소를 활용하기 위해서는 수소의 순도 모니터링과 농도 제어가 필요하다. 이를 위해 실시간으로 95-100% 구간의 고농도 수소를 높은 농도 분해능으로 정밀 모니터링하는 센서가 필요하다. 하지만 고농도 수소 센서는 고난이도의 기술이 필요해 전 세계적으로 극소수 고가 제품만이 나와 있다. 특히 단일 형태 센서 소자로 ppm부터 100% 까지의 광범위 농도 감지를 구현한 바는 현재까지 없었다.아주대 연구팀은 수소 농도의 정밀 모니터링과 신뢰성 확보를 위해 기존 화학저항식 수소 센서에 널리 활용되는 팔라디움(Pd) 촉매 전극을 탈피하여, Pd(팔라디움), Ni(니켈)의 초박막(각층의 두께: 수 nm)을 교차로 반복 적층한 새로운 전극을 개발해냈다. 기존에 Pd 박막이나 Pd 나노구조를 이용한 많은 수소 센서들은 제한된 저농도 영역에서는 신호를 감지할 수 있으나 50% 이상의 고농도 수소 검지에서는 심각한 한계를 보여왔다. Pd에 의하여 수소 분자로부터 해리된 수소 원자가 Pd 격자 내에서 탈착되지 못하고 영구 결합을 형성, 농도를 감지하지 못하는 신호 포화 현상과 반복 수소 감지 중 Pd 수소화에 의한 촉매 파괴 현상을 보였기 때문이다.연구팀이 개발한 방식은 Pd-Ni 초박막의 반복 적층 구조로 인해 고감도·고정밀로 수소 센싱이 가능하며, 전 농도 범위에서 최고 수준의 성능을 달성했다(선형성 95-99%. 응답 속도 1-3초 이내, 신호편차 1% 이하). 특히 수소연료전지 부품을 양산할 때 적용되는 반복 내구성 가속 테스트(4만회 반복 수소 감지)에서도 안정적인 동작을 구현했다. 연구팀은 이러한 특성이 2-3nm 두께 수준 Pd-Ni 나노 계면 합금의 구조적 안정성과 수소 탈착 에너지 감소를 통한 것임을 원자 수준 이론 계산과 초고분해능 투과전자현미경 분석을 통해 입증했다. 서형탁 교수팀은 이번에 개발한 센서 기술을 전 세계 첨단 기술이 한자리에 모이는 ‘CES(Consumer Electronics Show) 2021’에서 선보였다. CES는 세계 최대 정보기술·가전 박람회로 올해 11일부터 14일까지 온라인 개최됐다. 서형탁 교수는 “수소 에너지 기술에 대한 주목도가 높아지고 있는 가운데 한국 기업들은 수소 전기차 기술에서 리더십을 키워가고 있다”며 “그러나 수소 안전 확보에 꼭 필요한 센서의 경우, 고가의 수입 제품에 의존할 수밖에 없었다”라고 진단했다.서 교수는 “이번에 개발한 수소 센서를 수소 모니터링 시스템 기술로 확대해 상용화하기 위해 추가로 기술을 개발하고 있다”며 “수소 에너지 인프라와 반도체, 석유화학 등 수소를 활용하는 산업 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 산업통상자원부·한국에너기술평가원 주관 에너지기술개발사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단 주관 해외우수신진인력지원사업, 기초연구지원사업, BK21 Four사업의 지원으로 수행되었다. 해당 기술은 국내 특허 등록을 완료하였으며, 해외 특허 출원이 진행 중이다. "><CES 2021에서 선보인 서형탁 교수 연구팀의 수소 감지 센서 이미지>
-
45
- 작성자서정원
- 작성일2021-01-29
- 7572
- 동영상동영상
