[사이언스&테크]항암제 시스플라틴, DNA 고정해 항암효과 낸다

홍석철 고려대학교 연구팀, 시스플라틴 작용 기작 규명
DNA 표적 항암제 디자인 실마리 기대"

크로마틴 구조의 고정을 통한 시스플라틴의 항암 효과를 설명하는 물리적 모델 (A) 자석 구슬에 부착된 단일 크로마틴 분자의 개략도 (B) 인가된 힘과 고농도 염에 의해 붕괴되는 정상 단일 크로마틴 분자 (C) 시스플라틴 결합에 의해 비가역적으로 고정된 단일 크로마틴 분자 (홍석철 고려대학교 교수 제공) 2021.11.23 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 국내연구팀이 대표적인 항암제 '시스플라틴'의 작용 원리를 규명했다.

과학기술정보통신부는 23일 오전 연구성과 브리핑을 개최해 홍석철 고려대학교 물리학과 교수 연구팀의 항암제 시스플라틴의 작용 원리를 분자 수준에서 규명했다고 발표했다.

시스플라틴은 1960년대에 세포의 사멸에 작용한다는 것이 밝혀지고, 1970년대에 항암제로 쓰이기 시작한 물질이다. 화학 요법에 쓰이는 대표적인 항암제인 시스플라틴은 DNA의 작용을 방해하는 방식으로 생명활동을 막아 항암효과를 낸다.

연구팀은 DNA의 작용을 방해하는 과정을 더 세밀히 밝혔다.

DNA는 평소에는 단백질과 결합해 '크로마틴'이라는 형태로 압축되어있다. 크로마틴은 DNA사슬이 히스톤 단백질에 감겨 염주 모양을 이룬다.

크로마틴 구조는 주변 환경이나 분자에 의해 느슨해지고 팽팽해질 수 있는데, 이 과정에서 감겨있던 DNA 사슬이 노출되기도하고 다시 안보이기도한다. 이때 DNA사슬이 노출되면 각종 효소가 붙어 RNA로 전사되고 생명활동으로 이어진다.

연구진은 세포 내에 존재하는 DNA는 대부분 크로마틴 형태로 존재한다는 점에 주목, 크로마틴이 시스플라틴의 중요한 표적일 수 있다는 가능성을 바탕으로 시스플라틴이 크로마틴과 결합했을 때 크로마틴의 물성 변화를 분자 수준에서 정밀하게 측정했다.

홍석철 교수는 "시스플라틴이 히스톤을 가두어서 크로마틴을 강하게 고정하는 접착제로 작용한다는 원리를 저희가 새롭게 발견하게 됐다"며 "인체 내 세포의 성장과 사멸은 크로마틴 구조가 느슨해지고 팽팽해지는 가역적인 리모델링 과정을 통해 조절되는데 시스플라틴이 마치 접착제처럼 작용해서 크로마틴의 변화를 막아 항암효과를 낸다는 새로운 원래를 발견하게 됐다"고 설명했다.

연구진은 크로마틴이 시스플라틴과 결합할 때 영구적으로 탄력성을 잃는 것을 확인했다. 결합 후에는 강하게 잡아당기는 물리적인 자극이나 고농도의 소금물 같은 화학적 자극에도 반응하지 않는 것으로 나타났다.

즉 시스플라틴이 크로마틴을 고정시켜 DNA사슬의 노출을 막아, 암세포의 생명활동을 방해하는 것이다. 즉 생명 활동의 주요한 시작점인 DNA의 작용을 차단하는 것이다.

한편, 이번 연구는 자성 트위저를 이용해 이러한 크로마틴 변화를 분자 수준에서 실시간으로 포착할 수 있었던 것은 '자성트위저' 장비 덕분이었다. 자성 트위저는 자석 간 인력을 이용해서 자석을 부착한 생체 분자에 힘을 가하는 방식으로 설계되어 있어 자석에 의한 힘이 공간적으로 균일하고 안정적으로 가해질 수 있다는 장점이 있다.

홍 교수는 "이런 표적항암제의 효능 측정장비로서 자성트위저를 제안하고자 하며, 더욱 강력한 항암제 디자인의 실마리를 제공했다"고 덧붙였다.

이어 그는 "이번 연구의 성과는 시스플라틴의 약리적 표적이 순수한 DNA라기보다는 보다 응축된 상위 구조인 크로마틴 형태일 수 있음을 제안한 것에 의의가 있다"며 "DNA를 표적으로 하는 다양한 항암제의 효능 측정과 작용원리 규명 및 강력한 항암제 디자인의 실마리가 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

이번 연구는 이남경 세종대학교 교수, 한국과학기술원의 김재훈, 송지준 교수팀, 고려대학교의 김준곤 교수팀과의 협력연구로 이뤄졌으며, 문현민·박진성 고려대학교 박사가 제1저자로 참여했다.

과학기술정보통신부 개인기초연구(중견연구) 사업 및 기초과학연구원 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 핵산 분야 국제학술지 뉴클레익 애시즈 리서치(Nucleic Acids Research)에 11월 24일 게재되었다.

seungjun241@news1.kr