[이달의 연구자] 채필석 교수, 질병 치료에 중요한 새 양친매성 분자 TEMs 개발

양친매성 분자 TEMs로 신약 개발의 길 열어

막 단백질은 다양한 질병과 직·간접적으로 연결돼있어 질병 치료에 중요한 역할을 한다. 채필석 ERICA캠퍼스 생명나노공학과 교수는 막 단백질의 안정화 특성이 뛰어난 양친매성 분자 친수성기와 소수성기가 이 중심구조의 양옆에 연결된 양친매성 분자들(TEMs)을 개발했다. TEMs는 1,3,5-triazene(3개의 수소 원자, 3개의 탄소 원자, 3개의 질소 원자로 구성된 분자구조) 기반의 분자 구조를 중심 구조로 갖고 있다.

세포는 세포막으로 둘러싸여 있다. 세포의 원활한 활동과 생명 유지를 위해선 세포 안과 밖의 정보, 신호, 물질 교환이 원활해야 한다. 세포의 안과 밖을 연결해 소통의 창의 역할을 하는 것이 세포막 내에 있는 막 단백질이다. 막 단백질은 세포 활동의 핵심적 역할을 하며 다양한 질병과 직간접적으로 연결돼있다. 약물이 막 단백질 표면에 있는 결합 자리에 닿으면 해당 단백질의 기능을 조절해 질병을 치료한다. 신종플루에 걸렸을 때 먹는 항바이러스제인 타미플루가 예다.

특정 질병 관련 막 단백질에 결합하는 약물 분자를 개발하기 위해선 단백질의 3차원 구조를 원자 수준으로 알아내는 것이 중요하다. 막 단백질의 표면에는 결합자리가 존재한다. 해당 결합자리의 3차원 구조를 정확히 파악하면 여기에 결합하는 약물의 구조를 쉽게 설계할 수 있다.

막 단백질은 세포막에 존재하기 때문에 구조가 쉽게 무너지는 경향이 있다. 3차원 구조를 규명하기 까다로움을 뜻한다. 수용액상에도 막 단백질의 변성 및 응집을 막을 수 있다면 막 단백질 구조 연구는 훨씬 수월해진다. 해당 기능을 하는 분자가 바로 양친매성 분자다. 친수성기(물과 친화성이 강한 원자단)와 소수성기(기름과 친화성이 강한 무극성 원자단)를 지닌 양친매성 분자는 막 단백질 구조 연구의 열쇠 역할을 한다.

전통적인 양친매성 분자는 한계를 보였다. 수용액상에서 막 단백질의 구조를 안정화하는 데에 어려움을 겪었다. 많은 연구자는 새로운 종류의 양친매성 분자를 개발했고 대표적인 분자가 채 교수가 개발한 LMNG와 GDN이다. 채 교수는 이번 연구를 통해 본래 우수한 분자인 LMNG보다 막 단백질 안정화 특성이 더 뛰어난 TEMs 분자를 개발했다.

채 교수는 1,3,5-triazene을 중심구조로 하고 TEMs를 설계 및 합성했다. 1,3,5-triazene라는 중심 구조가 눈에 띈다. 1,3,5-triazene는 육각형 고리에 3개의 반응 자리가 있고 반응 자리의 반응성이 모두 다르다. 다양한 치환체를 원하는 위치에 집적해 연결하기 용이한 구조로 되어 있다. 채 교수는 해당 구조의 구조적·반응적 장점을 이용해 새로운 기능을 갖는 화학 분자를 개발했다.

채 교수의 이번 개발은 막 단백질 연구자들에게 직접적으로 도움을 준다. TEMs 분자가 연구용으로 개발됐기 때문이다. 막 단백질 연구자들은 TEMs를 사용해 질병을 치료하는데 중요한 막 단백질의 3차원 구조를 규명할 수 있다. 신약 개발자들은 해당 구조를 바탕으로 관련 질병을 치료하는 신약 개발이 가능하다. 채 교수는 “새로운 양친매성 분자의 개발, 새로운 막 단백질 구조 규명, 질병 치료 신약 개발이라는 단계별 과정이 완성돼야 실생활에 도움이 된다”며 “양친매성 분자 개발 연구는 모든 연구의 초석을 마련하는 것”이라고 말했다.

채 교수의 연구는 계속된다. 채 교수는 막 단백질 구조규명에 기여할 새로운 종류의 양친매성 분자를 지속해서 개발할 예정이다. 지금까지의 연구 방향에서 탈피해 색다른 접근 방법을 활용할 생각이다. 그는 수용액상에서 막 단백질의 안정성을 극대화할 수 있는 시스템을 구현하려 한다. 또 많은 막 단백질 연구자들이 사용할 수 있도록 양친매성 분자의 국제 특허등록과 기술 이전을 추진하고자 한다.