콩벌레 공생 곰팡이에서만 얻었던 천연 뇌질환 치료물질 합성 성공

KAIST 한순규 교수 연구팀

허포트리콘 천연물 개요(KAIST 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 화학과 한순규 교수 연구팀이 콩벌레와 공생하는 곰팡이에서 발견된 천연 항신경염증 물질 '허포트리콘(herpotrichone) A·B·C'를 세계 최초로 합성하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

허포트리콘 천연물은 콩벌레의 공생균인 '허포트리시아(Herpotrichia)'에서만 극미량으로 얻을 수 있는 물질이다. 뇌 염증반응을 억제하는 항신경염증 효과가 매우 우수하고 최근 '철분 매개 세포 사멸(ferroptosis)'을 억제해 신경세포를 보호하는 작용기전까지 확인됐다. 뇌 질환 치료용 약물로써의 가능성이 기대되고 있다.

연구팀은 곰팡이에서 이 물질이 만들어지는 방식을 예상해 허포트리콘의 복잡한 구조를 연구실에서 화학적으로 만드는 방법을 고안했다. 허포트리시아처럼 탄소 기반 고리형 구조를 만드는 '디스-알더(Diels–Alder)' 화학 반응이 핵심이 됐다.

기존에 핵심수소 결합 없이는 목표 천연물이 거의 만들어지지 않거나 엉뚱한 부산물만 생겼던 문제를 해결하고 복잡한 구조의 허포트리콘 A·B·C를 모두 정확하게 합성할 수 있었다.

특히, 허포트리콘을 만들기 위한 핵심 재료인 '델리트파이론(delitpyrone) C'와 '에폭시퀴놀 단량체(epoxyquinol monomer)' 분자들이 어떤 구조를 가질 때 핵심 수소결합이 가능한지 정밀하게 분석했다.

이렇게 유도된 수소결합 덕분에 반응 분자들이 정확한 위치로 다가가고 이상적인 전이상태를 거쳐 허포트리콘 C가 합성 가능했다. 이 반응 원리를 허포트리콘 A와 B에도 적용해 성공적으로 이들 천연물을 합성할 수 있었다.

이번 연구는 특히 디스-알더 반응 과정에서 만들어진 발견되지 않은 분자 구조들이 우수한 약리 활성을 갖는 신규 천연물일 가능성을 예측할 수 있다는 점에서 의미가 크다고 연구팀은 설명했다.

실제로 연구팀은 허포트리콘 A와 B를 발견하고 구조를 밝힌 중국 연구진의 논문을 바탕으로 이들 천연물의 합성 연구를 진행했는데, 그 과정에서 생긴 부산물이 허포트리콘 C였다.

한 교수는 "이번 성과는 퇴행성 신경질환 관련 약리 활성을 갖는 자연계 희귀 천연물을 최초로 합성하고 복잡 천연물의 생체모방 합성 원리를 체계적으로 제시한 연구"라며 "앞으로 천연물 기반 항신경염증 치료제 개발과 해당 천연물군의 생합성 연구에도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

해당 연구 성과는 생명과학과 석박사통합과정 이유진 학생이 제1 저자로 화학 분야 국제 학술지 '미국화학회지(JACS)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr