단일세포 단백질과 전사체를 형광 디지털 이미징으로 동시 검출·정량화하는 기술 개발

항원 소실 암세포까지 검출할 수 있어 암 정밀 진단 및 예후 예측에 활용 기대

한양대 바이오메디컬공학과 최성용 교수 연구팀과 연세대 세브란스병원의 조현수 교수 연구팀은 공동 연구를 통해 백혈병 암세포 특이적인 단백질 마커와 전사체 마커를 단일세포 수준에서 동시에 형광 이미징으로 검출하는 디지털 진단 기술을 개발했다고, 한양대가 7일 밝혔다.

연구팀은 등온 핵산 증폭 기술인 회전환 증폭(RCA, rolling circle amplification) 기술을 활용하여 종양 단백질과 전사체로부터 수백 나노미터에 이르는 DNA-형광 복합체를 생성하고, 이를 개별 디지털 검출하는 단일세포 이미징 기술을 개발했다. 기존 RCA를 이용한 단일세포 이미징 기술은 주로 전사체 검출에 한정이 되어 있었으나, 본 공동연구팀이 세계 최초로 단백질과 전사체를 다중 디지털 검출할 수 있는 통합 프로토콜을 확립한 것이다.

또한, 삼차원 세포 상에 분포된 DNA-형광 복합체를 일반 형광 현미경으로 검출할 수 있도록 오픈소스 3D deconvolution과 자체 개발한 형광 디코딩 알고리즘을 통합하는 분석 프로토콜을 개발했다. 동시에 정상인 혈액 내 T세포 아형을 분석하는 기술 검증을 통해 단백질 분석은 상용 유세포 분석기와 유사한 성능과 전사체 분석은 PCR과 동일한 정량 분석 성능을 입증했다.

특히, B 세포 급성 림프구성 백혈병 (B-ALL) 환자 암세포에서 암의 발병에 관여하는 BCR/ABL 융합 유전자의 전사체와 암 표면 단백질 마커를 동시에 검출하여 같은 환자 내 암세포 가운데에서도 종양 전사체 발현과 암 관련 단백질 마커 발현이 상이할 수 있음을 밝혀냈다.

최성용, 조현수 교수 공동연구팀은 “이 연구를 통해 혈액암뿐만 아니라 다양한 암종의 세포유전학적 진단 기술 개발로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

삼성미래기술육성재단 및 한국연구재단의 중견연구과제, 파이오니어센터와 선도연구센터의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 24년 2월 7일, 국제학술지 「ACS Nano」에 게재되었다. 해당 논문 「3D amplified single-cell RNA and protein imaging identifies oncogenic transcript subtypes in B cell acute lymphoblastic leukemia」는 한양대 신수연 석·박과정통합생과 김윤진 박사후연구원이 공동 1저자로 참여했다.

백혈병 단일세포에서 검출된 단백질 (CD45, CD19)과 암 특이적인 전사체 (e1a2)의 삼차원 형광 이미지