‘신경세포’만 정확하게 찾아 형광으로 염색하는 ‘NeuO(뉴오, Neuronal selective fluorescent probe)’의 비밀이 드디어 풀렸다. POSTECH(포항공과대학교) 화학과 장영태 교수, 한국뇌연구원 신경회로 연구그룹 김범수 박사 연구팀이 신경세포에 대한 ‘NeuO’의 선택적 염색 메커니즘을 규명했다. 이 연구는 국제 화학 권위지인 ‘앙케반테 케미(Angewandte Chemie)’에 게재됐다. NeuO는 쥐부터 원숭이, 사람에 이르기까지 여러 동물의 살아있는 신경세포만을 염색하는 독특한 형광물질이다. 2015년 처음 개발된 이 분자는 이미 상업적으로 판매되며 세계 연구자들이 널리 활용하고 있다. 그러나, NeuO가 어떻게 뇌 속 신경세포만 골라 형광을 내는지 그 원리는 오랫동안 수수께끼로 남아 있었고, 그로 인해 NeuO 응용에도 한계가 있었다. 이 비밀을 밝히기 위해 연구팀은 네 가지의 가설을 세웠다. ▲NeuO가 신경세포 단백질과 직접 결합한다는 가설 ▲세포막의 특정 통로를 통하여 신경세포에서만 안으로 들어올 수 있다는 가설 ▲NeuO는 모든 세포에 들어갈 수 있으나, 비신경세포에서는 능동적으로 제거된다는 가설 ▲신경세포 안에서만 특정 효소에 의해 구조적 변형을 겪는다는 가설 등이다.   가설을 하나씩 검증한 결과, NeuO의 선택적 염색 메커니즘은 네 번째 가설로 설명됐다. 연구팀은 NeuO 오직 신경세포 내부에서 ‘PAK6(Serine/threonine-protein kinase PAK6, 단백질 인산화 효소)’ 효소에 의해 특수한 화학적 변화를 겪는다는 사실을 밝혀냈다. ‘인산화(Phosphorylation)’라고 불리는 이 화학반응은 단백질이나 분자에 인산기가 결합하는 과정이다. NeuO는 이 인산화 과정을 거치면서 형광이 더 강해지고, 세포 밖으로 빠져나가지 않고 신경세포의 내부에 머물게 된다. 즉, NeuO가 신경세포 속 특정 효소와 만나 ‘빛을 내는 분자’로 변환되어 세포 안에 축적되면서 형광성이 높아지는 것이다. 연구를 이끈 장영태 교수와 김범수 박사는 “이번 연구는 10년간 풀리지 않는 수수께끼였던 NeuO의 선택적 염색 메커니즘을 밝혀냈다는 학문적인 성과를 넘어 살아있는 뇌 속 신경세포를 세포 특이적 효소 활성에 기반해 더욱 정밀하게 추적·연구할 수 있는 길을 열었다”라며, “알츠하이머병, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환 진단에 활용할 신경세포 염색법 개발에도 큰 도움이 될 것”이라고 전했다. 한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업, 한국뇌연구원 기관고유사업, 교육부 지구위기 대응 글로컬대학 30 사업, 2024 POSTECH 국제공동연구사업의 지원을 받아 수행됐다.