서울대 박승범 교수팀, 신약 개발의 새로운 패러다임을 열다
- 서울대학교 박승범 교수팀‘ Angewandte Chemie International Edition' 표지로 선정 -


국내 연구진이 단독으로 표적단백질을 확인하는 새로운 방법을 고안하여 화제를 모았습니다. 이로써 신약 개발에도 새로운 길이 열릴 것으로 생각됩니다.

박승범 교수

사실 다양한 질병에 관련된 생명 현상을 선택적으로 조절하는 생리활성 저분자 물질의 발굴은 화학이나 의학, 생명과학 등 다양한 분야에서 지속적으로 이루어져 왔는데요, 아쉽게도 기존에는 발굴된 생리활성 저분자 물질을 치료제로 개발하는 과정에서 물질이 생체 내 어떤 단백질에 작용하는지를 밝히기 어려워 신약개발에 큰 차질을 빚어왔었습니다.

무엇보다도 항암효과를 보이는 생리활성 저분자 물질들이 그 작용기전을 제대로 이해하지 못해 신약으로 개발되는데 실패하거나 치료제로 개발된 경우라 할지라도 예상치 못한 부작용이 발생하는 등 그 위험성이 적지 않았습니다.

하지만 글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단의 서울대학교 화학부 박승범 교수팀의 이번 방법을 통해 생리활성 저분자 물질이 조절하는 단백질 확인이 성공적으로 이루어지고, 작용기전에 대한 이해가 높아짐에 따라 기존의 방법으로 만들어진 치료제가 갖고 있던 예상치 못한 부작용의 리스크를 줄일 수 있게 되었으며, 한단계 발전되고 안정적인 치료제 개발이 가능하게 되었습니다.

안게반떼 케미에 게제된 본 논문의 표지 그림.세포안에 직접 들어가 작살을 이용하여 물고기를 잡듯이 생리활성 저분자 물질과 표적단백질을 고정하여 추적하는 방법(FITGE)을 표현

박승범 교수 연구팀은 이 같은 방법을 ‘Fluorescence difference in two-dimensional gel electrophoresis (FITGE)’라고 명명하였는데요, 이번 연구결과는 그 공로를 인정받아 화학분야의 최고 권위를 자랑하는 학술지인 '안게반테 케미(Angewante Chemie International Edition)' 4월 4일자 온라인판에 표지논문으로 게재되었습니다.

그렇다면 ‘FITGE’와 기존의 방법은 어떤 차이가 있는지 알아볼까요?
기존에는 표적단백질을 확인하기 위해 우선 세포를 분해한 후 무작위적으로 섞여있는 단백질 혼합용액에서 질량분석을 통해 생리활성이 있는 물질과 강하게 붙어있는 다수의 단백질을 분리하는 방법을 이용했었습니다. 하지만 이러한 방법은 세포를 분해함으로써 단백질 네트워크를 파괴한 상태에서 표적단백질을 찾게 되기 때문에 실제 세포내 현상과는 상이할 수 있었습니다. 또, 찾아지는 다수의 단백질 중에서 의미 있는 표적단백질을 찾아내기 어려워 효율과 결과에 대한 신뢰도가 낮았었습니다.

표적 단백질 확인 기술 (FITGE): 광반응성 물질을 이용하여 생리활성 저분자 물질의 표적단백질을 찾는 새로운 방법. 이렇게 표지화된 단백질들은 2차원 전기영동과 질량분석을 통해서 정확한 표적단백질을 확인하게 된다.

이와 달리 박승범 교수팀의 ‘FITGE’는 세포 안으로 직접 들어가서 낚시고리와 같은 갈고리로 표적단백질을 낚는 방식으로 이루어졌는데요, 신약 후보물질에 광반응성 물질을 결합시킨 후 세포 내에서 빛을 쪼여 표적단백질과 직접 결합하도록 만든 후, 정확히 결합한 생리활성 물질은 붉은색이 나타나도록 하여 선택적으로 확인하는 방법이었습니다. 이러한 방법을 통하면 항암효과를 보이는 생리활성 저분자 물질이 암세포를 죽이는 과정을 조절하는 표적 단백질을 높은 신뢰도로 확인할 수 있습니다.

기존의 표적단백질 규명법이 맨손으로 물고기를 잡는 것처럼 많은 실수가 있었던 것에 비해서 새롭게 개발된 FITGE는 세포안에 직접 들어가 작살을 이용하여 물고기를 잡듯이 생리활성 저분자 물질과 표적단백질을 고정하여 추적방법


한편 이번 연구결과에 대해 박승범 교수는 “인간의 평균수명 증가 및 환경의 변화에 따라 늘어나고 있는 다양한 질병의 치료제 개발의 필요성이 증대되고 있다. 그러나 새로운 작용기전을 통해 질병 치료에 적용될 수 있는 생리활성 저분자 발굴은 어려움을 겪어 왔다.”고 설명했으며, ”본 연구실에서 개발한 FITGE 방법을 통해 다양하고 새로운 작용기전 조절하는 생리활성 저분자 물질들을 도출 할 것이다. 이를 통해 신약개발에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것이다.”라고 향후 연구방향을 강조하였습니다.

참조] 용어설명
1. 생리활성 저분자 물질 (bioactive small molecule)
생명 현상을 조절하는 탄소, 수소, 산소로 이루어진 유기 물질을 말한다. 보통 분자량이 500이하인 물질을 저분자 물질이라 부른다. 최근에는 다양한 생명 현상의 조절이 중요해짐에 따라 분자량이 1000이하인 물질도 생리활성 저분자 물질에 포함되기도 한다.

2. 작용기전 (mechanism)
생리활성 저분자 물질이 세포나 생명체 내에서 어떤 일을 벌이는 지에 대한 내용이다. 생리활성 저분자 물질은 특정 단백질과 결합하여 조절함으로써 생명 현상을 조절하게 된다.

3. 표적단백질 확인 (target identification)
생리활성 저분자 물질이 어떤 단백질을 조절하는지 밝히는 과정이다. 이 과정은 저분자 물질의 정확한 작용기작을 밝히는데 중요한 과정이다. 

 

자료출처 | 교육과학기술부 보도자료



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우리 생활 속 과학이야기

                           융합에서 미래 과학기술의 해답을 찾다

시너지 효과의 의미를 알고 있나요? 널리 알려진 대로 시너지 효과는 하나와 또 다른 하나가 만나서 둘이상의 효율을 발휘하는 협력 현상을 뜻합니다. 현대 사회에 접어들면서 눈부신 기술적 발전을 이룩해 왔으며, 어느 정도 정점에 이른 현 시점에서는 각 분야의 융합을 통한 시너지 작용이 유일한 돌파구로 제시되고 있습니다.


이에 따라 우리 사회는 자연과학 내에서의 융합은 물론이고 인문학, 사회과학, 공학, 미학, 의학 등 다양한 학문 간의 중개자 역할을 해낼 인재를 필요로 하게 되었습니다. 하여, 몇 해 전부터 주요 대학에서는 융합대학을 설치하고 학부와 대학원에서 연계전공 과정을 개설하여 시대의 요구에 대응하고 있습니다.

서울대학교는 2009년에 융합과학기술대학원(이하 융과기대학원)을 신설하였습니다. 융과기대학원은 다학제적 전문지식 및 통합능력 습득과 창조적 연구능력 함양 그리고 혁신적 기업가 정신 배양이라는 교육목표를 가지고 출발하였습니다. 나노융합학과, 디지털정보융합학과, 지능형융합시스템학과, 분자의학 및 바이오제약학과 등 4개의 학과로 구성되어 있으며, 각 학과가 연구하는 내용은 제각각이지만 학제간 통합으로 창의적 종합적 사고 능력을 갖춘 인재를 양성한다는 동일한 목표를 가지고 있습니다. 융합이라는 큰 테두리 안에서 각자 다른 학과를 양성 하는 점은 타 대학의 융합대학원과의 차이점입니다.

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고려대학교는 지난해에 융합소프트웨어 전문대학원(이하 융소대학원)을 신설하였습니다. 융소대학원은 창의적인 IT 명품인재의 양성을 목표로 하고 있습니다. 기본적으로 IT 전공자들에게 생명공학, 기계, 게임, 자동차, 선박 등 산업 지식을 제공하여 융합 기술 능력을 함양하거나, 반대로 비 IT 전공자들에게 소프트웨어 핵심 기초를 습득케 하여 관련 이론을 응용 적용할 수 있는 능력을 배양하도록 하는 교육 방향을 가지고 있습니다. IT에 있어서도 창의적 융합은 국가적 성장 동력으로 여겨지는 만큼, 우리나라에서도 세계적 IT개발자가 탄생하기를 기대해 봅니다.   
 

고려대학교 홈페이지 캡처

  
성균관대학교는 올해 삼성융합의과학원을 신설하고 처음으로 신입생을 모집하였습니다. 삼성융합의과학원은 의학, 약학, 생물학 및 공학 등 다학제적 연구와 교육을 통하여 의과학 및 의료 산업에서 선도적 역할을 할 수 있는 능력을 갖추게 하고 인류 건강 증진에 기여할 수 있는 연구자를 길러냄을 교육 목표로 하고 있습니다. 흔히 우리나라 의학은 선진국 수준에 있다고 합니다. 대학병원은 물론이고 웬만한 규모의 종합병원에서도 첨단 진단 및 치료 장비, 신약 그리고 최신 의료 지식을 이용하여 환자를 치료하고 있기 때문입니다.

성균관대학교 홈페이지 캡처


하지만 의학 발전에 있어 궁극적인 기반이 되는 보건의료과학 및 기술(Health Sciences and Technology)에 있어서는 아직 갈 길이 멀다고 합니다. HTS는 의학계 단독으로 연구를 감당할 수 없는 것이 현실이며 IT와 BT등의 여러 이공계 분야화의 협력이 절실한 분야하고 생각합니다. 현재 우리나라에서는 이공계 출신자 가운데 의학적 기반을 가지고 HTS 분야에서 연구를 수행할 수 있는 인재가 부족합니다. 따라서 HST가 발전하려면 의학이 IT 및 BT 관련 학문과 한 몸이 되어 융합 체제를 갖추고 여기에 의학지식으로 무장된 전문 인력이 가담하여 연구를 수행할 수 있는 환경을 조성하여야 할 것입니다. 성균관대학교의 융합의과학원 설치가 우리나라 의과학 발전의 초석이 되기를 기대해 봅니다.


융합대학원의 설립 이외에도 각 대학에서는 학부생을 대상으로 2개 이상의 학과가 참여하여 연계전공을 개설하고, 학생 스스로가 자신만의 융합전공을 설계할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. 고려대학교의 연계전공을 간략히 소개해 볼까요? 총 20개의 과정이 운영되고 있는데요, 단과대학 별로 살펴보도록 하겠습니다.

이처럼 다양한 분야에서 다양한 사람들이 학제간의 소통을 시도하고 있습니다. 자신의 전공 분야에서 기본실력이 갖추어졌다면 창의적인 융합은 혁신적인 발전을 위한 필수요소가 아닐까 싶습니다.

여러분은 어떤 방식으로 자신의 분야에서 학제간의 소통을 실천하고 있나요?
1+1이 2가 아닌 그 이상이 될 수도 있다는 식의 고정관념 탈피가 선행된다면 융합은 그리 멀리 있지도, 어렵지도 않을 것입니다. 미래사회에 우리나라의 성장 동력을 창출하는 주역이 될 융합인재의 탄생을 기대하며 이번 기사를 마무리하겠습니다.

                                                                    글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 하  상  윤

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