Lesson 18 of 20

어떻게 재나 — 리소트래커·피어슨·갈렉틴

제11장 「피어슨 계수 0.82」 → 「0.31」

지금까지 기전을 봤습니다. 그런데 탈출이 일어났는지 어떻게 알까요?

이것이 이 분야의 어려운 점 중 하나입니다. 막에 구멍이 뚫리는 순간은 나노미터 크기이고 밀리초 단위입니다. 직접 볼 수 없습니다. 그래서 대리 지표를 봅니다.

High school탈출은 직접 볼 수 없다

기전은 다 배웠습니다. 그런데 실제로 탈출했는지 어떻게 알까요?

직접 볼 수는 없습니다

왜 못 보나	크기·시간
구멍이 너무 작다	나노미터
너무 빨리 끝난다	1000분의 몇 초

그래서 대신 볼 수 있는 것을 봅니다. 이걸 대리 지표 라고 해요.

무엇을 대신 보느냐가 결론을 정합니다

그러니 대리 지표를 쓸 때는 "이게 진짜 그걸 반영하나?" 를 늘 물어야 합니다.

방법 하나 — 공동 국소화 (소설이 쓴 방법)

소설의 실험이 이것입니다.

색	무엇	원리
빨강	mRNA 에 붙인 형광 색소	입자가 어디 있는지
초록	리소트래커	산성인 구획에만 쌓여 빛난다 → 초록 점 하나 = 리소솜 하나

두 색이 같은 자리에 있으면 겹쳐서 노랗게 보입니다. 얼마나 겹치는지를 눈이 아니라 수로 나타낸 것이 공동 국소화 계수 입니다.

피어슨 계수 0.82  →  빨간 점의 거의 전부가 초록 점 안에 있다  (갇혔다)
피어슨 계수 0.31  →  분리됐다  (나왔다)

그리고 소설이 덧붙이는 판정 기준이 좋습니다 — "살아 있는 mRNA 는 세포질에 안개처럼 흩어져 있어야 한다."

점으로 보이면 갇힌 것, 퍼져 보이면 나온 것

피어슨과 맨더스 — 섞어 쓰면 안 되는 두 계수

공동 국소화 계수는 하나가 아닙니다. 자주 쓰는 둘이 다른 것을 잽니다.

	피어슨 (Pearson)	맨더스 (Manders)
재는 것	두 색 밝기의 상관	한 색 중 몇 %가 다른 색과 겹치나
범위	−1 ~ +1	0 ~ 1
대칭인가	대칭 (하나뿐)	비대칭 — M1 과 M2 가 따로 있다
밝기에 민감	매우 — 노출만 바꿔도 값이 변한다	덜 민감 (문턱을 잘 잡으면)

비대칭이 중요합니다. "빨강의 90%가 초록과 겹친다" 와 "초록의 20%가 빨강과 겹친다" 는 동시에 참일 수 있습니다 — 초록이 훨씬 많으면요. 피어슨 하나로는 그 구별이 안 됩니다.

High school빨간 점과 초록 점

소설의 실험이 이겁니다. 색을 두 개 씁니다.

색	무엇을 표시
빨강	mRNA (우리 약)
초록	산성인 구획 (= 갇혀 있는 곳)

겹치면 노랗게 보입니다

보이는 것	뜻
노란 점이 많다	약이 갇혀 있다 ❌
빨강이 안개처럼 퍼져 있다	약이 나왔다 ✅

소설의 숫자 — 0.82 → 0.31. 겹침이 크게 줄었다는 뜻입니다.

점으로 보이면 갇힌 것, 퍼져 보이면 나온 것

리소트래커의 함정

초록 점이 리소솜이라고 했는데, 정확히는 그렇지 않습니다.

리소트래커가 실제로 하는 일

산성 구획에 쌓입니다. 리소솜뿐 아니라 후기 엔도솜도 산성입니다. 그러니 초록 점은 "리소솜" 이 아니라 "산성인 곳" 입니다.

더 나쁜 함정

리소트래커는 약염기라 그 자체가 산성 구획을 중화시킵니다. 많이 넣으면 측정 행위가 관찰 대상을 바꿉니다.

그래서 실무에서는 농도를 낮추고, 짧게 찍고, 다른 방법으로 교차 확인합니다.

더 직접적인 방법들

방법	무엇을 보나	장점 / 한계
갈렉틴-8/9 표지	막이 찢어지면 안쪽의 당사슬이 세포질에 노출되고, 갈렉틴이 거기로 몰려 점을 만든다	탈출을 거의 직접 본다 / 큰 파열만 잡힌다
세포질 리포터	mRNA 가 세포질에 닿아야만 켜지는 형광 단백질 (예: 스플릿 GFP)	기능적 증거 / 번역까지 되어야 보인다
비율 측정 pH 탐침	색소 두 가지의 밝기 비로 그 순간의 pH	양을 보정한다 (아래)
단순 기능 판정	만들어진 단백질의 양	가장 정직한 최종 지표 / 어느 단계가 병목인지는 모른다

마지막 줄이 중요합니다. 결국 중요한 것은 단백질이 만들어졌는가 입니다. 나머지 지표는 왜 를 알려 주는 도구일 뿐입니다.

왜 색소를 두 개 쓰나 — 소설이 잘 설명한 대목

엔도솜 pH 를 잴 때 소설은 이렇게 적습니다.

"형광 색소 두 가지를 붙인 덱스트란을 세포에 먹인다. 하나는 pH 가 내려가면 밝기가 변하는 색소, 다른 하나는 pH 와 상관없이 일정한 색소."

"색소를 하나만 쓰면 안 된다. 어두워진 것이 pH 가 내려가서인지 세포가 조금밖에 먹지 않아서인지 구분할 수 없기 때문이다. 두 번째 색소는 그래서 있다. 기준자다."

비율을 보면 양이 소거된다

이것은 형광 측정 전체에 통하는 원리입니다. qPCR 의 내부 표준, 웨스턴블롯의 로딩 대조군, 단일세포 분석의 정규화 — 전부 같은 생각입니다. 재려는 것과 재는 조건을 나누는 것.

High school측정이 대상을 바꾼다

초록 색소(리소트래커)에 함정이 두 개 있습니다.

함정	내용
1	'리소솜' 이 아니라 '산성인 곳' 을 표시한다 — 후기 엔도솜도 빛난다
2	색소 자체가 산성을 중화시킨다

두 번째가 심각합니다

많이 넣으면 재려던 그 산성을 없애 버립니다. 체온을 재려고 넣은 온도계가 체온을 낮추는 셈이에요.

측정하는 행위가 측정 대상을 바꾼다

그래서 농도를 낮추고, 짧게 찍고, 다른 방법으로 확인합니다.

이건 과학 전반에 있는 문제입니다. 설문조사도 질문하는 방식이 답을 바꾸잖아요.

같은 이미지에서 세 숫자가 다 다릅니다. 어느 것을 보고했는지가 결론을 바꿉니다.

Python Runs in your browser

# 피어슨과 맨더스가 어떻게 다르게 반응하는지 -- 만들어서 확인합니다.
import numpy as np

rng = np.random.default_rng(82)
N = 64                                    # 64x64 화소

def make(overlap, n_red=60, n_green=200, spread=1.2):
    red   = np.zeros((N, N)); green = np.zeros((N, N))
    gy, gx = rng.integers(0, N, n_green), rng.integers(0, N, n_green)
    green[gy, gx] = 1.0
    # 빨강 중 overlap 비율은 초록 자리에, 나머지는 아무 데나
    n_on = int(n_red*overlap)
    idx = rng.choice(n_green, n_on, replace=False)
    red[gy[idx], gx[idx]] = 1.0
    ry, rx = rng.integers(0, N, n_red-n_on), rng.integers(0, N, n_red-n_on)
    red[ry, rx] = 1.0
    return red, green

def pearson(a, b):
    a, b = a.ravel()-a.mean(), b.ravel()-b.mean()
    return float(a@b/np.sqrt((a@a)*(b@b)))

def manders(a, b):
    # M1 = a 의 신호 중 b 가 있는 자리의 몫
    return float(a[b > 0].sum()/a.sum()), float(b[a > 0].sum()/b.sum())

print(f'{"실제 겹침":>10}{"피어슨":>10}{"M1 (빨강중)":>14}{"M2 (초록중)":>14}')
for ov in (0.95, 0.80, 0.50, 0.30, 0.10):
    r, g = make(ov)
    m1, m2 = manders(r, g)
    print(f"{ov:>10.2f}{pearson(r,g):>10.2f}{m1:>14.2f}{m2:>14.2f}")
print()
print("M1 은 실제 겹침을 거의 그대로 따라갑니다.")
print("M2 는 훨씬 작습니다 -- 초록 점이 빨강보다 훨씬 많으니까요.")
print("피어슨은 그 사이 어딘가의 값이고, 어느 쪽 이야기인지 알려 주지 않습니다.")
print()
print("소설의 0.82 -> 0.31 은 방향은 분명합니다. 다만 '무엇의 몇 %' 인지는")
print("피어슨만으로는 말할 수 없습니다. 그래서 보통 둘을 함께 적습니다.")

High school왜 색소를 두 개 쓰나 — 기준자

엔도솜 pH 를 잴 때 색소를 두 가지 씁니다. 왜일까요?

색소	성질
A	pH 가 내려가면 밝기가 변한다
B	pH 와 상관없이 일정하다

A 하나만 쓰면 왜 안 되나

어두워졌다고 칩시다. 그게 pH 때문일까요, 아니면 세포가 색소를 조금밖에 안 먹어서일까요? 구별할 수 없습니다.

그래서 B 를 함께 넣고 A ÷ B 를 봅니다. 그러면 '얼마나 먹었나' 가 약분됩니다.

비율을 보면 양이 소거됩니다

시험 점수를 비교할 때 원점수 대신 백분위를 보는 것과 같습니다. 시험 난이도가 약분되니까요.

🤔 Check yourself

리소트래커(LysoTracker)로 표지한 초록 점을 '리소솜' 이라고 단정하면 안 되는 이유는?

🤔 Check yourself

엔도솜 pH 측정에서 pH 감응 색소 외에 pH 와 무관한 색소를 하나 더 쓰는 이유는?