세포 내외의 신호 전달 체계를 조절하는 것은 세포 및 단백질의 기능을 이해하는 기초적인 연구 및 질병 치료제를 개발하는데 있어서 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 현재까지는 세포 내로 진입하는 방법에 어려움이 있기 때문에 기존의 기초 연구 및 치료제 개발은 주로 세포 밖에 존재하는 수용체 (Receptor)들을 중심으로 이루어졌습니다. 그러나 세포 내에는 수많은 신호 전달 체계 단백질들이 존재하고, 이러한 단백질들을 특이적으로 표적하는 것이 치료제 개발에 있어서 큰 관심을 받고 있습니다.

2. 질문 

   세포 내 존재하는 신호 전달 체계 단백질에 대해 특이적으로 결합하며, 고효율로 세포 내로  전달될 수 있는 단백질을 새롭게 개발하고자 하였습니다.

3. 발견 

   표적 단백질인 ERK2 에 특이적으로 강하게 결합하는 단백질을 디자인하기 위하여 기존의 ERK2의 negative regulatory protein이라고 알려진 PEA-15 보다 표적 단백질에 더 높은 결합력으로 결합하는 PEA-16이라는 단백질을 Directed Evolution 전략을 기반으로 새롭게 개발하였습니다.  이렇게 디자인된 PEA-16 이라는 단백질은 기존의 PEA-15보다 830배 이상의 높은 결합력을 가지는 것을 알 수 있었습니다.

   또한, 개발한 PEA-16을 세포 내로 효과적으로 전달하고자 박테리아 독소 단백질을 기반으로 한 세포 내 단백질 전달 시스템과 융합하였습니다. 이는 고 효율로 암 세포에 특이적으로 단백질을 전달할 수 있다는 것을 증명하였으며, 암 세포로 전달된 단백질은 ERK2 신호 전달 체계를 효과적으로 조절할 수 있으며 암 세포 사멸 할 수 있음을 확인하였습니다. 더 나아가, 범용성을 높이기 위하여 EGFR을 overexpression하는 암 세포에도 PEA-16을 전달하는 연구를 진행한 결과, 다양한 암 세포에도 효과적으로 전달되어 ERK2 관련 신호 전달 체계를 조절할 수 있음을 발견하였습니다. 즉, 새롭게 개발한 단백질이 새포 내 전달 시스템과 융합되어 효과적으로 암 세포의 신호 전달 체계를 조절할 수 있으며 세포 사멸 효과까지 갖는 다는 것을 보여주었습니다.

4. 후속 

   암 세포 실험 (in vitro) 결과를 바탕으로 하여, 암 세포가 존재하는 질병 마우스 (in vivo)에서도 암 세포의 신호 전달 체계를 효과적으로 조절하여 암 세포의 사멸 효과를 갖는지를 확인하기 위한 연구를 계획 중에 있습니다.

5. 소감

   기존에 존재하는 단백질보다 훨씬 더 좋은 efficacy를 갖는 단백질을 개발하게 되어 같이 고생했던 저희 팀 구성원 모두 기분이 좋았던 기억이 납니다. 팀 구성원들과 함께 고생하며 진행했던 연구라서 더 뜻깊은 연구였던 것 같습니다.

6. 기타

   끊임없는 지도를 해주신 김학성 교수님께 감사드리며, 같이 연구를 수행했던 유정현 박사님, 그리고 연구를 마무리할 수 있게 도와준 김동건 학생과 경현호 박사님께 감사의 마음을 표합니다.