계명대·연세대 연구팀, 단백질 특정 신호만 골라 없애는 기술 개발

계명대 권택규·박광수, 연세대 신동혁 교수팀 공동 연구
암세포 선택적으로 겨냥… 동물실험서 종양 억제 확인
기존 치료제 부작용 줄일 차세대 정밀 치료 가능성 기대

(왼쪽부터) 계명대 의과대학 권택수·약학대학 박광수 교수와 연세대 생명과학부 신동혁 교수. 계명대 제공

계명대학교와 연세대학교 공동연구팀이 단백질 전체를 없애지 않고 질병과 관련된 특정 신호만 골라 제거하는 기술을 개발했다. 기존 치료제의 한계로 꼽히는 정상 단백질에 대한 영향을 줄일 수 있어 차세대 정밀 항암 치료 기술로 활용될 가능성이 주목된다.

계명대는 의과대학 권택규 교수와 약학대학 박광수 교수 연구팀, 연세대 생명과학부 신동혁 교수 연구팀이 원하는 단백질의 특정 인산화 신호만 선택적으로 제거하는 '바이오포스택(bioPhosTAC)' 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

단백질 인산화는 세포의 성장과 대사, 증식, 사멸 등을 조절하는 일종의 '신호 스위치' 역할을 한다. 기존에는 주로 인산화 효소인 '키나아제'의 작용을 억제하는 방식으로 이 신호를 조절해왔다. 하지만 하나의 키나아제가 여러 단백질에 동시에 작용하는 만큼 치료 과정에서 표적이 아닌 다른 단백질의 신호까지 영향을 받을 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 키나아제 자체를 억제하는 대신 인산기를 제거하는 효소를 원하는 단백질 가까이 끌어오는 방식을 택했다. AI 기반 단백질 설계 기술을 활용해 표적 단백질인 'OTUB1'에 결합하는 펩타이드와 탈인산화 효소 'SHP2'에 결합하는 펩타이드를 연결한 바이오포스택을 만들었다.

실험 결과 기존 Src 키나아제 억제제는 OTUB1뿐만 아니라 JAK2, STAT3, ERK 등 여러 단백질의 인산화를 함께 감소시켰다. 반면 바이오포스택은 다른 단백질에는 영향을 주지 않으면서 OTUB1의 특정 위치(Y26)에 있는 인산화 신호만 선택적으로 제거한 것으로 나타났다.

암세포만을 보다 정확하게 겨냥하기 위한 실험도 진행했다. 연구팀은 암세포 표면의 'KKLC-1' 항원을 인식하는 펩타이드를 추가해 바이오포스택이 암세포에서 선택적으로 작용하도록 설계했다. 그 결과 암세포의 선택적 사멸을 유도했으며 동물실험에서도 물질이 종양 조직에 선택적으로 축적되고 종양을 억제하는 효과를 확인했다.

연구팀은 이번 기술이 단백질 전체를 제거하는 기존 표적 단백질 분해(TPD) 기술과 달리 단백질의 특정 신호만 조절할 수 있다는 데 주목하고 있다. 표적 단백질과 탈인산화 효소를 각각 선택할 수 있는 구조여서 향후 다른 질환 관련 단백질에도 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

권택규 계명대 교수는 "기존 약물이 '어떤 인산화 효소를 억제할 것인가'에 초점을 맞췄다면 바이오포스택은 '어떤 단백질의 인산화 신호를 제거할 것인가'를 선택하는 접근법"이라며 "부작용을 줄이면서 치료 효과를 높이는 정밀 치료 전략으로 발전할 가능성이 있다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재됐다. 계명대 서승언·우선민 박사와 연세대 최민형 학생이 공동 제1저자로 참여했다.