[기고] 21세기 생명과학 최전선 지키는 단백질 연구

이영호 한국기초과학지원연구원 책임연구원

노인성 치매나 파킨슨병 등 퇴행성 신경변성질환은 원인과 종류가 다양하지만, 대표적인 공통 특징 중의 하나가 독소를 지닌 불량 단백질이다. 같은 퇴행성 질환이라 하더라도 형성되는 단백질의 종류에 따라 유발되는 병도 달라진다.

이와 같이 단백질 과학은 지금까지 치료는 고사하고 증상이 악화되지 않도록 막는 것조차 불가능했던 퇴행성 질환의 발병 과정을 규명할 중요한 열쇠가 될 것으로 기대된다.

대표적인 불량 단백질 응집체로, 아밀로이드 피브릴(amyloid fibril)을 들 수 있다. 이러한 아밀로이드 피브릴과 함께 올리고머(oligomer)라고 하는 또 다른 형태의 응집체들은 치매, 당뇨병, 백내장 등 퇴행성 질환의 원인이 되고 있다.

중요한 것은 이 불량 단백질이 응집되면서 독성을 지니게 돼 세포소기관의 기능 장애나 뇌신경세포의 사멸을 초래함으로써 퇴행성 뇌질환을 일으킨다는 것에 중점을 두고 있다.

단백질 응집체 연구는 단백질 과학의 핵심 연구 분야임에도 그 원인의 규명이 어려워 오랜 기간 관련 연구가 이뤄지지 못했다. 그러다가 약 20여 년 전부터 많은 과학자들의 연구로 단백질 응집체와 수많은 퇴행성 질환과의 연관성이 점차 밝혀지고 있다. 단백질 응집 기전, 응집체 구조와 물성 연구는 퇴행성 질환을 극복할 수 있는 근본적인 해결 방안을 제시할 수 있는 유일한 돌파구로써 전 세계적인 주목을 받고 있고, 국내에서도 연구가 시작되고 있다.

또한, 불량 단백질의 응집은 퇴행성 질환은 물론, 다른 난치성 질환에도 영향을 줄 수 있다. 암에 걸린 사람은 치매에 걸리지 않고, 치매에 걸린 사람은 왜 암에 걸리지 않는 것일까? 왜 당뇨병 환자는 치매에 걸리기 쉽고, COVID-19에 감염되면 알츠하이머병과 같은 치매 증상이 가속화될까? 이러한 난치성 질환-질환 커뮤니케이션(disease-disease communication)에 대한 심층적이고도 계통적인 연구가 필요한 시점이다.

질환과 질환 간 커뮤니케이션의 매개체로서 단백질, 그중에서도 불량 단백질과 그들의 응집체가 관련 연구의 핵심이 될 수 있으리라 여겨지므로, 이에 대한 연구는 매우 시급하다고 할 수 있다.

아울러, 과학의 발달과 함께 우리 인간은 지구를 벗어나 우주를 왕래할 수 있게 됐다. 국제우주정거장의 미소중력하(microgravity)에서 단백질, 화학반응 등 다양한 연구가 진행되고 있다.

우주 환경에서의 단백질 과학과 함께 심해의 고압 또는 저온 환경, 흐르는 강물처럼 끈적이지 않는 용액이 아닌 점성이 높은 환경에서 단백질은 어떠한 구조, 형상, 기능을 가지게 될까? 아직 우리 인류가 도전해보지 못한 단백질 과학은 무궁무진하며, 이로 인해 개척될 새로운 생명의 신비와 현상들을 떠올리게 되면 가슴이 두근거려진다.

단백질의 거동도 거시적으로 보면 사람과 별반 다르지 않다. 사람도 환경에 따라 지배를 받듯이, 단백질도 주위 환경에 맞춰서 구조, 형태, 기능, 응집 상태 등을 바꾸고 환경에 적응한다. 선한 단백질도 얼마든지 환경에 따라 악한 단백질로 바뀔 수 있고, 불량한 단백질도 여건이 바뀌면 선량한 단백질이 될 수 있다.

사람에게서 단백질을 배우고, 단백질로부터 사람을 배울 수 있다는 점도 단백질 연구가 지니고 있는 또 하나의 큰 매력이 아닐까 싶다. 많은 연구자들의 단백질에 대한 많은 관심과 연구가 생명과학 발전의 원동력이 될 것이다. 이를 통해 인간의 삶의 질이 향상되고, 건강한 고령사회로 가는 지름길이 될 것으로 확신한다.