단백질-약물 결합, 최적 조합 탐색…차세대 항암제 개발 속도낸다

- 한국생명공학연구원 지승욱 박사팀, 초정밀 나노포어 센서 개발

한국생명공학연구원 연구진이 초정밀 나노포어 센서 연구를 수행하고 있다.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 수많은 후보물질 가운데 실제 효과를 가진 약물을 정확하게 찾아낼 수 있는 센서기술을 개발했다. 이를 활용하면 기존 신약 스크리닝 기술의 한계를 보완, 차세대 항암제와 표적치료제 개발에 탄력이 붙을 전망이다.

한국생명공학연구원AI바이오의약연구소 지승욱 박사 연구팀은 단백질과 약물의 결합 상태를 한 개의 분자씩 직접 들여다보며 분석할 수 있는 초정밀 나노포어 센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 나노포어(nanopore)라 불리는 수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 초미세 구멍을 활용한 센서를 개발한 것이다.

이 구멍은 머리카락 굵기의 수만 분의 일 크기로 단백질이 통과하거나 머무를 때 전기 신호가 미세하게 변하는 특징이 있다. 이 신호를 정밀 분석해 단백질과 약물의 결합 상태를 판별할 수 있다는 점에 주목했다.

연구팀은 암 등 다양한 질병의 발생에 관여하며 유전자 발현을 조절하는 중요한 단백질이자 항암제 개발의 핵심 표적인 BRD4를 대상으로 실험을 진행했다.

나노포어 기술로 BRD4에 결합하는 다양한 약물을 분석한 결과, 약물 종류에 따라 전기 신호 패턴이 서로 다르게 나타나는 것을 확인했다.

주목할 점은 이러한 신호 분석을 통해 질량 차이가 단 2.5 Da(달톤)에 불과한 매우 유사한 약물들까지도 완벽하게 구별해냈다는 것이다.

초정밀 나노포어 센서 연구를 주도한 정기백(왼쪽), 지승욱 박사.[한국생명공학연구원 제공]

기존 나노포어 기반 단백질 분석 기술이 약 88~116 Da(달톤) 수준의 차이를 구별하는 데 머물렀던 것과 비교하면 이번 연구는 수십 배 더 높은 정밀도를 구현한 초고해상도 분석 성과다.

연구팀은 이러한 높은 정밀도를 구현하기 위해 표적 단백질이 나노포어 센서 내부에서 보이는 위치 변화, 움직임, 전류 신호 패턴 등 다양한 특성을 동시에 분석하는 다중 파라미터 분석 기법을 개발했다.

이를 통해 단백질-약물 결합을 약물별로 구별할 수 있는 고유한 전기적 지문을 확보했으며 별도의 형광 표지 없이도 매우 적은 양의 시료로 단일 분자 수준에서 빠르게 분석할 수 있는 기반을 제시했다.

이 기술은 단백질과 약물의 결합 여부를 단일 분자 수준에서 실시간으로 분석할 수 있다는 점에서 기존 대규모 신약 스크리닝 기술의 한계를 보완할 수 있을 것으로 기대된다.

지승욱 박사는 “세계 최고 수준의 고해상도를 달성한 의미가 있다”며 “나노포어 기술은 고효율 신약 발굴을 가속화하는 것은 물론, 정밀의료 및 질병 진단 분야로도 확장 가능한 플랫폼 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연국결과는 국제학술지 ‘ACS Nano’에 4월 27일 게재됐다.