카이스트 연구진 세계 첫 개발

만성질환 직접적 원인 규명 가능
의약계 “신약개발 패러다임 바꿔”

국내 연구진이 암이나 치매, 만성질환을 유발하는 변형 단백질을 만드는 방법을 세계 최초로 개발했다. 이 기술을 활용하면 단백질 변형을 막는 신약 후보물질의 효과를 빠르게 확인할 수 있다. 의약계가 신약 개발의 패러다임을 바꾼 연구라고 평가하는 배경이다. 특히 당장 상용화가 가능할 만큼 합성효율도 높아 2~3년 내에 신약 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

카이스트 화학과 박희성·이희윤 교수와 양애린 박사팀이 개발한 맞춤형 단백질 변형기술은 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 29일자(현지시간)에 가장 중요한 논문(First Release)으로 실렸다. 앞서 연구진은 2011년 8월호 ‘사이언스’에 단백질에 인산을 붙이는 방식으로 개발한 맞춤형 인산화 변형 단백질 생산기술을 발표하기도 했다. 이번에는 단백질에 인산을 붙인 아미노산을 결합시킨 뒤 필요한 화학물질을 섞어 다양한 형태의 단백질 변형이 일어날 수 있도록 했다. 화학물질을 사용해 단백질 변형을 일으키지만 필요한 부분만 변형하도록 제어도 가능하다고 연구진은 설명했다.

인체 구성 기본 단위인 세포에는 2만여 종류의 유전자가 있고 이 유전자들이 만들어 내는 단백질의 종류는 100만종 이상이 될 것으로 추정된다. 유전자 하나가 만들어 내는 단백질뿐만 아니라 유전자들이 결합해 만드는 단백질도 많고, 이것들이 다양한 형태로 변형된다.

정상적으로 변형되는 단백질은 생체 내에서 세포신호 전달, 성장 같은 신진대사 활동에 중요한 역할을 한다. 유전적, 환경적 요인과 그 밖의 원인으로 비정상적 단백질 변형이 일어나면 세포가 무한 분열되는 암, 뇌 단백질 수축으로 인한 치매, 인슐린 조절 이상으로 인해 생기는 당뇨 등 만성질환이 발생한다.

이번에 개발한 기술을 이용하면 특정 암을 유발하는 단백질을 대량으로 생산한 뒤 신약 후보물질이 암 유발 단백질을 제거할 수 있는지 빠르게 검증할 수 있게 된다. 김성훈(서울대 약대 교수) 의약바이오컨버전스연구단 단장은 “질병을 일으키는 단백질 기능을 차단하거나 활성화해 신약을 개발한다”며 “지금까지는 원하는 단백질을 얻기 어려워 신약을 만들기도 힘들었고 개발에 오랜 시간이 걸렸는데 이번 연구로 해결책을 찾은 것 같다”고 설명했다. 백혈병 치료제로 널리 쓰이는 ‘글리벡’을 개발할 때도 백혈병을 일으키는 단백질을 차단할 수 있는 치료 후보물질을 찾아야 하는데 관련 단백질을 확보하는 데 어려움을 겪었다. 맞춤형 단백질 변형기술을 이용하면 백혈병 유발 단백질을 손쉽게 대량 생산할 수 있어 치료제 개발 속도가 빨라지는 것이다.

박 교수는 “단백질 변형으로 일어나는 각종 질병의 직접적 원인을 밝힐 수 있어 원하는 부위에만 약이 작용하도록 하는 정밀의학 실현뿐만 아니라 신약개발 속도를 높일 수 있는 획기적 기술”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr