포스텍 연구팀 "내 맘대로 단백질 변형한다"…암연구 새지평 기대

생체 환경에서 특정 단백질만 정밀하게 변형하는 바이오 결합 기술 개발

포스텍 오승수 교수, 조혜성 박사 연구팀(왼쪽부터). 포스텍 제공

포스텍(포항공대) 신소재공학과 오승수 교수, 조혜성 박사 연구팀이 복잡한 생체 환경에서 특정 단백질만 선택적으로 변형할 수 있는 기술을 개발했다.

이번 연구결과는 화학 분야 국제 학술지인 미국화학회지(JACS) 온라인판 부표지 논문으로 선정됐다.

연구팀은 우리 몸을 구성하는 필수 요소이자, 질병 진단과 치료 연구에서 중요한 역할을 하는 단백질에 주목했다.

기존 많은 연구진들도 특정 단백질에 형광 물질을 부착해 암세포를 식별하는 등 단백질과 바이오 결합 기술을 통한 질병 진단, 신약 개발 연구를 활발히 진행하고 있다.

하지만 이 방법들은 변형할 수 있는 단백질 종류가 제한적이거나, 유전자 조작이 필요할 수도 있는데다 무엇보다 무작위 변형으로 인해 단백질의 기능이 손상될 위험이 컸다.

특히 생체 환경에서는 특정 단백질만 선택적으로 변형하는 것 자체가 매우 어려웠다.

연구팀은 이 같은 문제 해결을 위해 새로운 접근 방식을 시도했다.

'디옥시옥사노신(dOxa)'으로 불리는 화합물을 핵산 기반 분자 인식 물질인 압타머와 결합해 특정 단백질의 원하는 부위만 정밀하게 변형하는 기술을 구현한 것이다.

연구팀은 이 기술을 이용해 dOxa를 표적 단백질 45개 반응기 중 단 하나에만 선택적으로 결합시켰다.

그 결과 dOxa는 기존의 생체분자 변형 물질보다 약 100만배 안정적인 것으로 나타났으며, 실온에서 한 달 이상 보관이 가능했다. 또 생체 환경에서도 4시간 만에 거의 100% 결합하는 등 높은 효율을 보였다.

여기에 더해 살아있는 세포에서 암세포 주요 지표 단백질을 동시에 각각 선택적으로 표지하는데도 성공했다.

연구팀은 생체 내 단백질의 움직임을 실시간 관찰하고, 암세포 성장 과정에서 이 지표 단백질 수용체의 역할을 규명할 수 있었다는 점도 큰 성과라고 평가했다.

이번 기술은 암 진단과 치료를 넘어 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.

이를테면 특정 암세포만을 타겟으로 하는 '항체-약물 접합체' 개발, 암 조직을 선명하게 구별할 수 있는 생체 영상 기술, 특정 단백질을 조절해 치료 효과를 극대화하는 맞춤형 정밀 치료 등에 활용될 수 있다는 얘기다.

오승수 교수는 "생체 환경에서 단백질의 기능을 떨어뜨리지 않으면서 자연 상태의 특정 단백질만 변형하는 데 성공한 것은 이번이 처음"이라며 "이 기술은 단백질 기반 치료제와 생체 영상 기술, 표적 약물 전달 같은 분야에서 널리 활용될 수 있다"고 했다.