- 화학과 박희성 교수 연구팀, 비정상적인 단백질 변형을 저해하는 고리형 펩타이드를 효과적으로 디자인하고 탐색하는 스크리닝 플랫폼 기술 개발

- 맞춤형 표적 항암제 및 치매치료제 개발에 큰 전기를 마련할 것으로 기대 

- 박희성 교수, 기술이 실용화될 경우 다양한 질병에 대한 혁신신약 후보물질 탐색이 실질적으로 가능해질 것으로 전망

 

▲ KAIST 화학과 박희성 교수  © 인디포커스

 

"이 기술을 통해 단백질의 비정상적 변형으로 발생하는 암과 치매 등 각종 질병에 대한 신약후보물질 발굴 연구의 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대한다ˮ고 연구팀은 소개하고 있다.

 

KAIST(총장 이광형)는 화학과 박희성 교수 연구팀이 질병을 유발하는 다양한 바이오마커들에 맞추어 재단하듯이 디자인이 가능한 고리형 펩타이드*기반 신약 발굴 플랫폼 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 

*고리형 펩타이드: 기본 선형으로 이루어진 펩타이드를 약리 효과를 높일수 있도록 고리형태의 구조로 만들어진 아미노산 중합체를 지칭함

 

그림 1. 맞춤형 고리형 펩타이드(cyclic peptide) 탐색 플랫폼의 모식도: 비천연 아미노산 첨가와 펩타이드 고리화를 통한 맞춤형 고리형 펩타이드 제조 및 항암활성 신약후보물질 발굴

 

고리형 펩타이드는 낮은 독성과 뛰어난 약리 활성으로 인해 많은 주목을 받아왔지만 자유롭게 디자인하고 제조하기가 어려워 실제 신약 개발에 활용되기 어려운 단점이 있었다. 박 교수팀은 암을 포함한 다양한 질병들에 대한 치료제 후보물질 발굴에 매우 유용하게 활용될 수 있도록 이러한 고리형 펩타이드의 맞춤형 디자인을 가능하게 하는 신약 발굴 플랫폼 기술을 개발하는데 성공하였다. 

 

우리 몸의 세포에서 만들어지는 단백질들은 다양한 변형을 통해 기능과 활성이 조절되며 이러한 변형은 생체 내에서 세포 신호 전달 등 우리 몸의 정상적인 신진대사 활동을 조절하는 매우 중요한 역할을 한다. 

 

하지만 유전적 또는 환경적 요인으로 인해 단백질 변형이 비정상적으로 일어나면 세포의 신호 전달, 대사 활동 등이 손상되어 암, 치매, 당뇨를 포함한 다양한 중증 질환을 유발한다.

기존에는 이러한 비정상적 단백질 변형을 제어할 수 있는 후보물질의 탐색이 용이하지 않아서 질병의 원인 규명 및 신약 개발 연구에 어려움이 있었다.

 

박 교수팀은 지난 2016년 다양한 비정상 변형 단백질을 합성할 수 있는 단백질 변형기술을 개발해 `사이언스(Science)' 지에 논문을 발표한 바 있다.

 

연구팀은 기존 연구를 더 발전시켜 질병의 원인이 되는 비정상적인 단백질 변형을 제어할 수 있는 고리형 펩타이드를 효과적으로 디자인하고 탐색하는 스크리닝 플랫폼 기술을 개발했다.

 

연구팀은 이 기술을 활용해 비정상적인 단백질에 결합하여 다양한 종류의 암을 유발하는 원인으로 알려진 종양 바이오마커인 HDAC8(histone deaceytylase 8)의 활성을 저해하는 고리형 펩타이드를 효과적으로 발굴할 수 있음을 증명했다.

 

박희성 교수는 "이 기술이 실용화될 경우 다양한 질병에 대한 혁신신약 후보물질 탐색이 실질적으로 가능해질 것으로 전망된다ˮ며 "향후 맞춤형 표적 항암제 및 뇌 신경 치료제 개발 등 글로벌 신약 연구에 새 패러다임을 열 것이다ˮ고 말했다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)가 창의성 기초연구를 촉진하는 개인연구사업 중견연구와 미래 과학기술을 선도하는 연구자를 발굴하는 삼성미래기술육성사업재단(이사장 김성근)의 지원을 받아 수행됐다.

 

KAIST 화학과 강덕희 박사와 김도욱 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지인 `앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 2023년 1월 16일 자 온라인판으로 게재됐다. 

 * 논문명: A Versatile Strategy for Screening Custom-Designed Warhead-Armed Cyclic Peptide Inhibitors

 

□ 용어 설명

1. 단백질 변형 (Post-translational modifications)

세포 내 단백질은 생합성 이후 인산화, 당화 등 200 여종의 다양한 변형 과정을 거치면서 구조, 활성이 조절된다. 단백질 변형은 세포의 전반적인 생리작용을 조절하기 때문에 유전적, 환경적 원인으로 인해 발생하는 비정상적인 변형은 암, 뇌 질환, 당뇨 등 각종 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다.

 

2. 고리형펩타이드 (Cyclic peptide)

펩타이드는 저분자와 단백질 치료제의 유용한 성질을 동시에 갖고 있지만, 약한 활성, 낮은 안정성 등 이유로 실제 치료제로 사용하는 데 많은 한계가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 본 연구팀은 비천연 아미노산 첨가와 펩타이드 고리화 기술을 통해서 높은 결합 특이성과 뛰어난 약리 활성을 가지는 맞춤형 고리형 펩타이드를 제조하고 탐색할 수 있는 플랫폼을 개발하였다.