세포는 복잡한 생화학적 과정을 통해 끊임없이 변화하며 생명을 유지하는 정교한 시스템이다. 이 중에서도 세포내 상분리(intracellular phase separation)는 최근 생물학, 물리학, 화학 등 다양한 학문 분야에서 큰 주목을 받고 있는 연구 주제다. 상분리는 특정 분자들이 물리적·화학적 상호작용을 통해 유사한 성질을 가진 집단으로 분리되는 현상으로, 물리학적으로는 당연한 현상이지만, 생물학에서 최근에 각광받고 있는 현상이다. 이 상분리는 특별히 세포 내 조직화, 반응 조절, 스트레스 반응 등 여러 생물학적 기능에서 중요한 역할을 한다. 단순한 물리적 현상에 그치지 않고, 세포 기능의 기초적 원리를 이해하는 데 필수적인 개념으로 자리 잡고 있다.

이번 특집호는 세포내 상분리를 주제로 한 최신 연구와 이론적 고찰을 다룬 글들로 구성되어 있다. 세 가지 주요 주제인 일반적인 세포내 상분리 현상, 상분리 이론, 그리고 염색체 상분리 현상을 중심으로 각 분야의 연구 내용을 정리했다.

첫 번째 주제인 “세포 속 액체상 소기관”에서는, 상분리가 세포 내 다양한 무막 소기관의 형성에 어떻게 기여하는지 설명한다. 상분리는 효율적인 물리화학 반응과 분자 조절을 가능하게 하며, 세포의 적응성과 기능적 유연성을 높이는 데 핵심적인 역할을 한다. 특히 특정 단백질들이 상분리 과정에서 중요한 역할을 수행한다는 최근 연구 결과를 통해 생물학적 현상을 분자적으로 이해할 수 있다.

두 번째 주제인 “생체분자 상분리의 이론적 및 수치적 접근법”에서는, 열역학적 원리와 분자 동역학 시뮬레이션을 활용해 상분리 현상의 원리를 설명한다. 상분리는 농도, 전하, 분자의 상호작용과 같은 다양한 요인에 의해 조절되며, 이를 통해 세포 내 동역학적 안정성을 이해할 수 있다. 이러한 이론적 접근은 단순히 현상을 이해하는 데 그치지 않고, 신경퇴행성 질환과 같은 병리학적 상태에서 상분리가 어떤 역할을 하는지에 대한 통찰을 제공한다. 이론과 실험적 결과를 융합한 연구는 상분리 조절을 통해 새로운 치료적 접근법을 개발할 가능성도 열어준다.

마지막 주제인 “염색체 상분리 현상의 고분자 생물물리”에서는 염색체 구조와 유전자 발현의 조절에서 상분리의 역할을 다룬다. 염색체 내 특정 도메인의 형성과 유전자 조절 기작이 상분리에 의해 조절되며, 이는 유전체 안정성과 세포 주기 조절에 중요한 역할을 한다. 염색체의 물리적 구성이 유전자 발현의 시공간적 조절과 밀접하게 연결되어 있다는 최근 연구들은 염색체 연구의 새로운 방향성을 제시한다.

이번 특집호를 위해 귀중한 시간을 내어 원고를 집필해 주신 연구자분들께 감사의 마음을 전한다. 이 특집호가 세포내 상분리라는 다학제적 연구 분야에 대한 독자의 이해를 넓히고, 새로운 연구와 협력의 계기를 마련하는 데 기여할 수 있기를 바란다. “물리학과 첨단 기술”이 상분리 연구의 발전에 작은 힘이 되기를 기대한다.

[객원 책임편집위원 서울대학교 물리천문학부 교수 류제경 (prof.love@snu.ac.kr)]