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출처: 과기부

혈관신생조절 단백질의 새로운 구조변형과 분해기전 규명

이달의 과학기술자상 2월 수상자에 김규원 교수

1. 수상자

과학기술부(장관 蔡永福)와 한국과학재단(이사장 金定德)은 김규원 서울대학교 교수를 이달의 과학기술자상 2월 수상자로 선정했다.

2. 수상자 업적내용

혈관신생조절 단백질의 새로운 구조변형과 분해기전을 규명

- 김 교수는 산소분압에 따른 HIF-1? 단백질의 분해조절기전을 규명하기 위한 새로운 구조변형 인자로 아세틸화 효소인 ARD1을 발견했다. 

- 아세틸화 효소는 세포핵 내 염색체 재구성에 관여하는 단백질 중 하나로 유전자 발현을 조절하는 기능을 가진다고 알려져 있으나, 김 박사는 ARD1 아세틸화 효소가 세포질에 존재하여 산소농도에 따라 HIF-1?를 아세틸화시킴으로써 단백질의 분해를 촉진하는 기능을 가진다는 것을 밝혀냈다.

※ 혈관신생조절 단백질들은 악성암, 당뇨병성 망막증, 만성염증 등의 다양한 질환에 밀접하게 연관되어 있다. 특히 산소농도의 변화와 같은 외부조건에 의해 기능을 달리하는 단백질들은 세포 내에서 다양한 구조 변형에 의해 정밀하게 조절이 된다. 이러한 단백질 중 산소결핍상태에서 안정화되어 활성을 나타내는 hypoxia- inducible factor-1?(HIF-1?)는 악성암 등 여러 질환의 병변세포에서 과다 발현되고, 산소결핍현상을 극복 하기 위하여 새로운 혈관을 만드는 역할을 한다.

? 김 교수는 분자생물학 분야 중 Vascular Biology에 초점을 두고 혈관신생(Angiogenesis) 작용기전을 연구하여, 그 연구결과를 SCI 등재 국제학술지에 89편, 국내학술지에 81편 등 총 170편의 논문을 발표했으며, 저서활동으로 학술저서 1권, 번역서 2권 등 총 3권을 저술했다. 최근 들어 Cell, Nature Medicine을 위시하여 Journal of Biological Chemistry, Oncogene, Cancer Research 등에 혈관생성에 관한 많은 논문을 발표하여 국제적으로 주목을 받고 있다.

? 또한 연구결과의 산업화에도 많은 노력을 기울이고 있어서 국내외에 28건의 특허를 출원 및 등록하여 혈관형성 억제제 조성물과 혈관생존 개선제 그리고 새로운 작용기전의 항암제 개발에도 많은 기여를 하고 있다.

3. 연구개발성과 및 기대효과

이러한 연구결과는 이 효소에 의해 산소농도 의존적으로 혈관신생단백질의 안정성이 조절된다는 새로운 작용기전을 세계 최초로 규명했다는 데 그 의의가 있으며

김 교수는 이러한 연구결과를 'Cell'지과 'Nature Medicine'지에 2년 연속 발표했다. 특히 'Cell'지에 발표한 내용은 아세틸화에 의한 단백질 구조변형이 단백질 안정성을 조절한다는 획기적인 연구결과로서 국내 생명과학연구에 크게 기여했다.

김규원 교수의 연구성과는 앞으로 혈관신생질환 치료제의 개발에 널리 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

* 수상자 주요 업적

수상 업적 : 혈관신생조절 단백질의 새로운 구조변형과 분해기전 규명

업적 요지

혈관신생조절 단백질들은 악성암, 당뇨병성 망막증, 만성염증 등의 다양한 질환 과 밀접하게 연관이 되어 있다. 특히 산소농도의 변화와 같은 외부조건에 의해 기능을 달리하는 단백질들은 세포내에서 다양한 구조 변형에 의해 정밀하게 조절이 된다. 이러한 단백질 중 산소결핍상태에서 안정화되어 활성을 나타내는 hypoxia- inducible factor-1? (HIF-1?)는 악성암 등 여러 질환의 병변세포에서 과다 발현되고, 산소결핍현상을 극복하기 위하여 새로운 혈관을 만드는 역할을 한다.

김 박사는 산소분압에 따른 HIF-1? 단백질의 분해조절기전을 규명하기 위한 새로운 구조변형 인자로 아세틸화 효소인 ARD1을 발견하였다. 아세틸화 효소는 세포핵 내 염색체 재구성에 관여하는 단백질 중 하나로 유전자 발현을 조절하는 기능 을 가진다고 알려져 있다. 그러나 김 박사가 밝힌 ARD1 아세틸화 효소는 세포질에 존재하여, 산소농도에 따라 HIF-1?를 아세틸화시킴으로써 단백질의 분해를 촉진하는 기능을 가진다는 사실을 규명하였다. 이러한 연구결과는 이 효소에 의해 산소농도에 따라 혈관신생단백질의 안정성이 조절된다는 새로운 작용기전을 세계 최초로 규명하였다는데 그 의의가 있다.

김 박사는 이러한 연구결과를 'Cell'지와 'Nature Medicine'지에 2년 연속 발표하여 이 분야연구에 있어서 세계 수준의 성과임을 보여주었다. 특히 'Cell'지에 발표한 내용은 아세틸화에 의한 단백질 구조변형이 단백질 안정성을 조절한다는 획기적인 연구결과로서 국내 생명과학연구에 크게 기여하였 다.

업적 내용

단백질은 생성이후 야기되는 다양한 구조 변형에 의해 여러 가지 새로운 기능을 가지게 된다. 특히 산소농도의 변화와 같은 외부조건에 의해 그 기능이 달라지는 단백질들은 인체내에서 다양한 구조 변형에 의해 매우 정밀하게 조절된다. 산소농도에 따라 그 기능이 달라지는 대표적인 hypoxia-inducible factor-1? (HIF-1?)는 악성암, 류마티스성 관절염, 건선, 그리고 당뇨병성 망막증등의 여러 질환조직세포에서 과다 발현된다. 이러한 질환조직에서는 왕성한 세포분열에 의하여 산소부족상태가 유발되며 이러한 산소결핍현상을 극복하기 위하여 새로운 혈관을 생성하게 되는데 이 과정에서 HIF-1? 단백질이 핵심 역할을 한다.

김 박사 연구팀에서는 HIF-1? 단백질의 새로운 구조변형 인자로 아세틸화 효소인 ARD1을 발견하였다. 아세틸화 효소는 세포핵 내 염색체 재구성에 관여하는 단백질로서 유전자 발현을 조절하는 기능을 가진다고 알려져 있다. 그러나 김 박사 연구팀에서 밝힌 ARD1 아세틸화 효소는 세포질에 존재하여, 산소농도에 따라 HIF-1?를 아세틸화시킴으로써 단백질의 분해 촉진 기능이 있음 을 규명하였다. 즉, 산소농도가 높을 경우 ARD1 아세틸화 효소는 혈관생성 단백질인 HIF- 1?의 아세틸화를 촉진하여 단백질 분해효소들과의 결합을 증가시킴으로써 HIF-1?의 분해를 유도하고, 그 결과 혈관생성이 저해됨을 밝힌 것이다.

이러한 연구결과는 단백질이 산소농도에 따라 아세틸화라는 새로운 구조변형에 의해 분해과정이 조절이 되고, 그 결과 혈관의 생성이 조절된다는 획기적인 사실을 세계 최초로 규명한 것이다. 즉, 산소농도에 따라 혈관이 어떻게 생성되는가를 밝힌 것으로 이 효소의 기능을 활성화시키면 혈관생성을 분자수준에서 차단하여 악성암, 류마티스성 관절염, 건선조직의 세포성장을 억제시킬 수 있으며, 당뇨병성 망막증의 치료에도 적용할 수 있을 것으로 전망이 된다.

이번 연구는 앞으로 혈관생성 기전의 이해가 기반이 되는 상처 치료용 혈관생성 촉진기술, 뇌혈류장애에 의한 뇌혈관 질환의 예방과 치료, 그리고 인공심 장, 인공피부, 인공관절등 생체조직공학 분야에도 적극 활용될 것으로 보인다. 뿐만 아니라 보건의료 및 제약산업, 인공장기와 조직공학 등 차세대 인체기능회복 산업, 첨단 생명공학 산업 발전에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 기대된다.

김 박사의 이러한 연구내용은 세계적인 학술잡지 Cell지 2002년 11월호에 발표되었다.