스트레스 바이오마커인 코르티솔의 선택적 감지를 위한 인간 수용체 및 물질 결합 도메인의 특성 분석

Abstract

스트레스는 당뇨, 고혈압, 뇌졸중, 심혈관 질환 등 다양한 질병과 관련이 있다는 연구결과가 보고되었다. 현재 스트레스 측정은 심전도 측정, 뇌전도 측정, 자가진단법이 사용된다. 그러나 이는 고가의 장비와 전문인력이 필요하고, 측정방식이 주관적이라는 한계점이 있다. 사람이 스트레스를 받으면, 코르티솔이라는 호르몬이 분비되는데, 이것은 인체의 다양한 신체기작에 관여한다. 더 나아가 만성적으로 스트레스를 받으면, 혈중 코르티솔 농도가 높게 유지되어 이로 인해 혈당과 혈압이 상승하고 면역계가 약해져 질병과 노화가 촉진된다. 따라서 코르티솔은 스트레스를 측정하는 데에 유용한 바이오마커가 될 수 있다. 코르티솔은 혈액, 땀, 침과 같은 체액 내에 존재하는데, 침 속에 있는 코르티솔은 주사바늘을 사용하지 않고도 측정할 수 있는 장점이 있다. 그러나 그 농도는 나노몰 농도 수준으로 매우 낮다는 단점이 있다. 본 연구에서는 코르티솔의 선택적 감지를 위하여, 인간의 코르티솔 수용체 단백질을 사용한 새로운 바이오센서를 개발하였다. 코르티솔 수용체는 세포 내에 존재하는 핵수용체 단백질인 NR3C1으로, 이 중 물질과의 결합에 주요한 역할을 한다고 알려진 물질 결합 도메인(ligand binding domain)이 존재한다. NR3C1과 물질 결합 도메인을 세포 수준에서 기능을 비교하였고, 두 단백질을 센서에 사용하기 위하여 대장균에서 생산한 후 정제를 진행하여, 생산된 단백질을 탄소나노튜브 기반의 전계 효과 트랜지스터(Field-effect transistor)에 고정하였다. 그 결과 제작된 센서를 사용하여 코르티솔의 농도에 따라 전기적 신호의 변화를 실시간으로 확인할 수 있었고, NR3C1보다 물질 결합 도메인이 붙은 센서가 더 민감하게 코르티솔을 감지하였다. 본 연구에서는 코르티솔(Cortisol) 수용체 단백질의 결합부분만을 이용하여 새로운 바이오센서 개발 방법을 제시하였다. 이것은 높은 민감도와 선택도를 갖는 코르티솔 바이오센서로, 이를 통하여 스트레스를 정량적으로 측정하고, 스트레스와 관련된 질병을 예방할 수 있는 가능성을 제시하였다.