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[랩큐멘터리]난치병 원인 '단백질 수명' 결정하는 신호를 탐색한다

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[랩큐멘터리]난치병 원인 '단백질 수명' 결정하는 신호를 탐색한다

2021.07.07 14:00
포스텍 단백질항상성 연구소
 

단백질은 사람 몸에서 물 다음으로 많은 질량을 차지하는 분자다. 뼈대를 세포 수준에서 구축하고 여러 화학반응을 일으키는 효소 역할을 하는 등 생명 유지에 필수적 역할을 담당한다. 수많은 종류의 단백질들은 끊임없이 합성되고 분해된다. 유전적 결함이나 환경적 요인들에 따라 달라진 단백질 상태를 원래대로 복구하기 위해서다. 이런 몸의 성질을 '단백질 항상성'이라 부른다. 단백질 항상성의 붕괴는 곧 각종 암이나 신경질환, 자가면역질환 등의 다양한 질병의 원인으로 이어진다.

 

황철상 포스텍 생명과학과 교수가 이끄는 ‘단백질항상성 연구소’는 단백질 항상성 가운데 단백질의 분해에 초점을 맞추고 있다. 단백질 수명을 결정하는 단백질 분해 신호를 찾아내고 그 경로를 이해해 난치병을 치료하고 단백질 항상성을 유지하는 데 도움되는 길을 찾기 위해서다.

 

연구실은 수많은 단백질 분해과정의 비밀을 풀어냈다. 단백질은 수명이 다하거나 손상되면 주로 ‘유비퀴틴-프로테아좀 시스템’을 통해 분해돼 항상성을 유지하는데, 세밀한 과정은 비밀에 감춰져 있었다. 연구실은 2010년 진핵세포(효모)에서 단백질 한쪽 끝의 N-말단 아미노 그룹에 아세틸(CH3CO)기가 부착되는 ‘아세틸화’가 되면 분해 신호로 작용한다는 사실을 밝혔다. 또 2014년에는 아세틸화 되지 않은 N-말단 아미노 그룹이 단백질 분해를 유발할 수 있다는 사실을알아냈다. 이듬해인 2015년에는 포유류 세포에서의 N-말단 아세틸화에 의한 혈압조절 단백질 분해과정을 최초로 확인하는 등 연이은 성과를 냈다.

 

김상윤 포스텍 생명과학과 박사과정생
김상윤 포스텍 생명과학과 박사과정생

2018년에는 기존의 분자생물학 학설을 뒤짚는 연구도 내놨다. 진핵생물의 세포질에서도 박테리아처럼 포밀 메티오닌이라는 특정 아미노산이 단백질 합성을 시작할 수 있으며 동시에 포밀 메티오닌이 단백질 분해신호로 작용하는 새로운 단백질 분해 경로를 발견한 것이다. 관련 연구 성과는 생명과학 분야 최고 국제학술지 ‘셀’과 ‘사이언스’, '네이처'에 발표됐다.

 

연구팀은 새로운 분해신호 발견을 위한 연구를 진행하는 한편, 밝혀낸 단백질 분해과정 연구결과를 바탕으로 새로운 약물 개발을 시도를 하고 있다. 관련 실험설비도 모두 갖춰져 있다. 체외 시험관 실험부터 효모 실험에서 새로운 현상을 찾고, 포유류 세포 실험에서 현상에 대한 재검증, 동물실험과 약물개발까지 현상을 확장하는 다양한 실험을 한꺼번에 진행할 수 있다는 게 연구실의 자랑이다.

 

황 교수는 “현재까지 발견한 분해신호와 분해 경로의 생리학적 의미를 더 깊게 탐구하겠다” 며 “ 지금까지 밝혀낸 단백질 분해신호들을 활용해 새로운 형태와 내용의 차세대 혁신 신약들을 만들어 내겠다”고 밝혔다.

 

 

▼포스텍 단백질항상성 연구소 보기 

 

 

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