KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

 
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

생명과학과 김학성 교수팀, 약물 전달과 백신 개발 및 질병 진단에 활용할 수 있는 새로운 플랫폼 개발

2021111901000851900035751

▲ KAIST 생명과학과 김학성 교수(왼쪽)와 제1저자 배진호 박사 (사진=카이스트)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 카이스트(총장 이광형)는 생명과학과 김학성 교수와 배진호 박사팀이 거대 (초분자) 단백질을 레고 블록 쌓듯 조립할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 이 방법으로 단백질 구조체의 크기 및 작용기 수를 원하는 대로 조절할 수 있고 메가 달톤(dalton) 크기의 대칭형 거대 단백질 구조체를 조립할 수 있다. 거대 단백질 구조체는 효율적인 약물 전달, 다양한 백신 개발, 그리고 질병 진단에 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 국제 저명 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ (IF: 16.806)에 2021년 11월 1일 字 온라인 발표됐다. (논문명: Dendrimer-like supramolecular assembly of proteins with a tunable size and valency through stepwise iterative growth)
 
자연계에는 매우 다양한 특성과 기능을 갖는 단백질이 존재하며 생명현상을 유지하는데 핵심 역할을 한다. 이러한 단백질 중에는 단량체가 큰 구조체 형태로 조립됐을 때만 정상적 기능을 수행하거나, 어떤 경우에는 조립된 경우가 단량체와 완전히 다른 특성을 나타내며, 심지어는 심각한 질병을 유발하는 경우도 많다.

예를 들어 바이러스의 껍질인 켑시드는 단백질 단량체가 조립(assembly)된 것이고, 치매는 아밀로이드 펩타이드나 타우(tau) 단백질이 파이브릴(fibril) 형태로 조립되면서 발생한다. 따라서, 거대(초분자) 단백질 구조체들의 조립 기작 이해는 단백질의 기능과 질병의 원인 규명 및 치료제 개발에 중요하다. 또한, 단백질 구조체는 뛰어난 생체 적합도 때문에 생명공학 및 의학 분야에서도 응용 가능성이 크다.

현재 많은 연구 그룹에서 자연계에 존재하는 단백질 구조체들의 조립 과정을 모방해 새로운 기능의 단백질 구조체 개발에 많은 연구를 진행하고 있다. 그러나 단백질의 구조적 다양성, 상이한 특성 및 큰 분자량 때문에 원하는 구조체를 자유자재로 조립하는 것은 아직도 어려운 과제로 남아 있다.

김학성 교수 연구팀은 두 종류의 빌딩(building) 블록 단백질을 코어(core) 단백질에 순차적으로 교대로 결합시킴으로써 간편하게 3차원 구조의 대칭형 거대 단백질 구조체를 조립하는 방법을 개발했다(그림 1). 즉, 서로 특이적으로 반응하는 두 쌍의 단백질과 리건드(P1/L1 과 P2/L2)를 이용해 코어(core) 단백질에 두 종류의 빌딩(building) 블록을 순차적, 반복적으로 결합함으로써 크기와 작용 기작 수를 조절하면서 메가 달톤 (Mega Dalton) 크기를 갖는 단백질 구조체를 쉽게 조립하였다.
 
개발된 구조체는 다양한 분야에 응용 가능하며 하나의 예로서, 이번 연구에서는 단백질 구조체에 박테리아 독소를 결합해 암세포 내로 고효율로 전달할 수 있었고, 결과적으로 암세포를 효과적으로 사멸했다(그림 2). 구조체 단백질의 특징인 다가 효과(avidity effect)로 인해 암 표적에 대한 결합력이 약 1,000배 이상 증가돼 암세포 사멸 효과가 획기적으로 증대됐고 이러한 특성은 백신 개발 및 질병 진단에도 응용될 수 있다.

제1 저자인 배진호 박사는 "이번 연구에서 개발된 거대(초분자) 단백질 구조체 조립 기술은 향후, 약물 전달, 백신 개발, 질병 진단 및 바이오센서 등을 포함한 광범위한 분야에서 새로운 플랫폼 기술로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 한국 연구 재단의 중견 연구과제 (NRF-2021R1A2C201421811) 지원을 받아 수행됐다.
 
2021111901000851900035752

▲ 거대 단백질을 조립하기 위한 순차적, 교대 결합 방식의 모식도

2021111901000851900035753

▲ 구조체의 효율적인 세포 내 단백질 전달 효과 (자료=카이스트)

 

//www.ekn.kr/web/view.php?key=20211119010003575


List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
217 김진우 교수, 노인성 망막퇴행질환 핵심 단백질 찾았다 과사무실 2008.11.18 11566
216 김진우 교수, 문경환 박사과정학생 Developmental Cell 게재-'Nf2 종양억제유전자' 새로운 기능 발견 생명과학과 2017.12.18 10818
215 김진우 교수, 발달과정 세포 간 정보전달 원리 규명 file 생명과학과 2019.07.23 5219
214 김진우 교수, 하태정 박사과정 학생, 새로운 Notch 신호 유발자로써의 망막색소상피세포 기능 규명 file 생명과학과 2017.04.12 12169
213 김진우 교수님, 천주교 서울대교구 생명위원회 제 15회 '생명의 신비상' 수상 생명과학과 2021.02.18 473
212 김진우 교수님_생명의 신비상 장려상 수상 생명과학과 2020.12.24 768
211 김찬혁 교수님_인공지능 이용 면역항암 세포 3차원 분석기술 개발 생명과학과 2021.02.08 710
210 김찬혁 교수님_카이스트, 면역관문 신호 극복하는 차세대 CAR-T 세포 치료제 개발 생명과학과 2021.11.24 177
209 김학성 교수, 2010년 한국바이오칩학회 학술대상 수상! 과사무실 2010.11.01 10349
208 김학성 교수, Molecular Therapy에 표지논문 게재 (2014.7) 과사무실 2014.07.09 11607
207 김학성 교수, Nat. Chem. Biol. 게재 (2013.3) 과사무실 2013.03.22 12005
206 김학성 교수, Nature Communications 게재 (2014. 4) 과사무실 2014.04.24 13003
205 김학성 교수, PNAS 게재 (2013.6) 과사무실 2013.06.20 11486
204 김학성 교수, 류이슬 박사 Angewandte Chemie 논문 발표(2014.11) 과사무실 2014.11.27 12511
203 김학성 교수, 빛에 의해 스위치처럼 작동하는 단백질 개발 file 생명과학과 2018.08.28 7441
202 김학성 교수, 사람 항체 대체할 인공항체 기술 개발 과사무실 2012.02.15 12709
201 김학성 교수, 세포 내 단백질 전달 효율 높이는 DNA 기반 나노구조체 개발 file 생명과학과 2019.01.21 5478
200 김학성 교수, 이중재 박사 Angewandte Chemie에 논문 게재 (2015) / Prof. Hak-Sung Kin and PhD. Joong-Jae Lee published a paper at Angewandte Chemie (2015) 생명과학과 2015.08.31 14925
» 김학성 교수님_카이스트, 거대 단백질 구조체를 레고 블록 쌓듯 조립하는 기술 개발 생명과학과 2021.11.24 136
198 김학성교수...독일화학誌에 발표 과사무실 2007.08.01 11740
Board Pagination Prev 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 18 Next
/ 18