바이오인

핵심내용

“질병 규명과 신약 개발의 새로운 패러다임 열다”
 - 맞춤형 변형 단백질 생산 기술 세계 최초 개발 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희)는 “국내 연구진이 암과 치매 등 각종 질병을 유발시키는 것으로 알려진 단백질의 비정상적인 변형을 구현할 수 있는 맞춤형 단백질 변형기술을 세계 최초로 개발하였다”고 밝혔다.

 ○ 본 연구는 미래창조과학부가 세계 최고의 독보적 원천기술 확보를 위해 추진하는 글로벌프론티어사업(의약바이오컨버젼스연구단, 단장 김성훈)의 지원으로 KAIST 화학과 박희성 교수와 양애린 박사 연구팀이 이희윤 교수팀과 공동연구를 통해 수행하였으며, 최고 권위 학술지인 Science 誌 2016년 9월호 (9월29일자)에 가장 중요한 논문 (First Release)으로 선정되어 온라인 게재되었다.
     * 논문명: A chemical biology route to site-specific authentic protein modifications

□ 우리 몸을 이루는 기본 단위인 세포는 2만여 종의 유전자를 가지고 있는 것으로 알려져 있고, 이로부터 만들어지는 단백질의 종류는 100만 종 이상이 될 것으로 추정된다. 이는 단백질이 만들어진 후 다양한 단백질 변형(post-translational modification)이 일어나기 때문이다.

 ○ 이러한 단백질 변형의 원인으로는 인산화, 당화, 아세틸화, 메틸화 등 200여 종이 알려져 있으며, 정상적으로 변형된 단백질들은 생체 내에서 세포 신호 전달, 성장 등 우리 몸의 정상적인 신진대사 활동에 매우 중요한 역할을 한다.

 ○ 그러나 유전적, 환경적 혹은 미지의 요인으로 인해서 비정상적인 단백질 변형이 일어나면 세포의 대사활동과 신호전달이 손상되어 세포의 무한 분열을 초래하는 각종 암은 물론, 치매를 일으키는 퇴행성신경질환 및 당뇨를 포함한 각종 만성질환을 유발하는 것으로 알려져 있다 (그림 1 참조).

 ○ 이전에는 이러한 비정상적인 단백질 변형을 구현한 맞춤형 변형 단백질 개발기술이 존재하지 않아서 각종 질병의 원인 규명과 맞춤형 신약 개발 연구에 많은 어려움이 있었다.

□ 연구팀은 2011년 암을 일으키는 직접적인 원인으로 알려진 비정상적인 단백질 번역 후 인산화를 구현하기 위한 맞춤형 인산화 변형 단백질 생산기술을 개발하여 Science 誌 8월호에 논문을 발표한 바 있으며,

 ○ 금번 연구는 지난 2011년의 선행연구 결과를 더욱 발전시켜, 인산화 이외에 당화, 아세틸화 등과 같은 다른 200여종의 단백질 변형을 직접 구현하여 원하는 변형 단백질을 합성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하였다. (그림 2 참조)

□ 연구팀은 “동 기술을 활용하면 원하는 위치에서 원하는 종류의 맞춤형 변형 단백질 생산이 가능하게 되어, 암과 치매 등 단백질 변형으로 인해 발생하는 각종 질병의 직접적인 원인을 밝힐 수 있어(그림 3 참조), 신약 및 치료제 개발 속도를 높이고, 발생할 수 있는 부작용을 최소화할 수 있는 획기적인 기술이다.” 라고 밝혔다.

 ○ 또한, 김성훈 연구단장은 “이 기술이 실용화 될 경우 맞춤형 표적항암제, 뇌신경 치료제 개발 등이 가능하여 현재 약 1,500조원에 달하는 글로벌 신약개발 연구에 새로운 패러다임을 열 것이다.”라고 하면서 “연구단은 현재 주력 핵심 타겟에 금번 기술을 적용하여 정밀한 신약 후보물질을 개발할 계획에 있으며, 국내외 제약사와 바이오 기업에도 적용을 확대할 경우 그 간 원하는 단백질을 얻을 수 없어 연구되지 못했던 다양한 질환의 신약 개발에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

상세내용

 
참고1 의약바이오컨버젼스연구단 연구구성도

참고2 그림 및 용어 설명

용어1 단백질 변형 (Post-translational modifications)
세포내 단백질은 생합성이후 인산화, 당화 등 200 여종의 다양한 변형 과정을 거치면서 구조, 활성이 조절된다. 단백질 변형을 세포의 전반적인 생리작용을 조절하기 때문에 유전적, 환경적, 혹은 미지의 원인으로 인해 발생하는 비정상적인 변형은 암, 뇌질환, 당뇨 등 각종 질병을 유발시키는 것으로 알려져 있다. 

용어2 세포 신호전달 (Cell signaling)
신호전달은 세포간 혹은 세포내 분자들간의 소통 언어이다. 세포 성장인자 등 외부 자극을 인지하고 세포내로 신호가 전파되는 일련의 과정을 신호전달이라고 한다. 비정상적인 단백질 변형으로 인해 신호전달 과정에 이상이 생기면 암, 당뇨, 치매를 비롯한 각종 난치성 질병의 원인이 된다.

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