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세포막 암 단백질 작동 원리, 기존 학설을 뒤엎은 새로운 발견

2016.04.07 미래창조과학부

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세포막 암 단백질 작동 원리, 기존 학설을 뒤엎은 새로운 발견
- 암과 같은 난치성 질환의 진단과 맞춤형 치료 기대 -

◇ 단백질 단일분자 분석기술 자체 개발, 기존 학설과 상반된 실증 결과 제시
◇ 류성호 교수 연구팀, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 논문 게재

□미래창조과학부(장관 최양희)는 “암 치료에 중요한 세포막 수용체*의 새로운 분자 변형과 작동 메커니즘이 국내 연구진이 개발한 분석기술을 통해 분자 단위 수준에서 새롭게 발견되었다”고 밝혔다.
* 세포막 수용체 : 세포 표면에는 호르몬을 포함한 여러 가지 외부 인자와 특이적으로 결합하는 단백질이 존재한다. 이 중에서도 그런 특이적 결합을 매체로 하여 세포 내에서 반응을 일으키는 능력이 있는 단백질이다.

□류성호 교수 연구팀(포항공대)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 3월 24일자에 게재되었다.

o 논문명과 저자 정보는 다음과 같다.
- 논문명 : Pairwise detection of site-specific receptor phosphorylations using single-molecule blotting
- 저자 정보: 류성호 교수(교신저자, 포항공대) 김경록(제1저자, 포항공대)

□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

1.연구의 필요성
○ 생명체를 유지하는 핵심 작동원리는 생명체를 구성하는 세포들 간의 신호전달을 기반으로 이루어지는데 암, 당뇨와 같은 난치성 질환도 관련 신호전달 체계의 이상으로 설명되고 있다. 이때 세포들 간의 신호전달 중심 결정기구를 ‘세포막 수용체’*라 하고 이의 작동 원리를 이해하는 것이 질병의 진단과 치료 전략 수립의 첫걸음이라고 할 수 있다.

○ 세포 내 신호전달 메커니즘 중에 가장 빠르고 대표적인 작동 메커니즘은 분자 변형*이다. 이러한 분자 변형은 같은 단백질 내에서도 다중 복합적으로 발생함으로써 다양한 기능을 제어할 수 있지만 현재까지 이러한 다중 복합적 분자 변형*을 정확히 분석할 수 있는 기술은 전무하다.
* 분자변형(post-translational modiciation, PTM) : 단백질이 생합성 후에 받는 각종 수식과정, 절단에 의한 변형 등을 일컬음.
* 다중 복합적 분자 변형(combinatorial PTM) : 단일 단백질 분자 내에 존재하는 여러 분자변형 지점들의 변형 상태에 따라 다양한 조합이 가능함. 이러한 조합에 따라 단백질은 다른 역할을 수행한다고 알려져 있음.

2.연구 내용
○ 기존의 다중 복합적 분자 변형 연구의 분석상 오류를 피하기 위해서는 단일 분자 수준에서의 연구가필요하다. 이에 연구진은단백질 분자의특이적인 결합을활용한 단분자영상기술*인 심블럿(Single-MoleculeBlotting, SiMBlot) 기술*을 최초로자체 개발하여단일 분자수준의 분석이가능하게 되었다.
* 단분자 영상 기술(single-molecule imaging) : DNA, 단백질 등을 형광물질로 염색하고 전반사 현미경을 활용하여 단일분자의 위치 및 움직임을 관측하는 기술
* 심블럿(Single-Molecule Bloting) : 단분자 분석 기술로 분자 변형을 인지하는 항원-항체 반응을 단일 분자 수준에 적용하여 단일 분자 내에 존재하는 복수 개의 서로 다른 분자 변형이 공존하는지 여부를 판별할 수 있는 분석 기술

○ 심블럿 기술을 활용하여 암 치료 표적 세포막 수용체인 EGFR*에 적용한 결과, 다중 복합적 변형이 아닌 여러 종류의 단일 분자 변형*으로 일어나는 것을 최초로 밝혔다. 이는 20년 넘도록 EGFR이 외부 자극에 의하여 다중 복합 분자 변형이 일어나 세포내 작용을 조절할 것이라고 믿어 왔던 사실과 상반된 결과이다.
* EGFR(epidermal growth factor receptor) : 세포 표면에 존재하는 수용체로서 리간드인 EGF 및 TGFα 등과 결합하면서 활성화된다. 변이를 통한 과다 발현/반응은 각종 암 발생과 밀접한 연관관계가 있다고 보고되고 있다.
* 단일 분자 변형 : 단백질이 복수 개의 분자 변형 지점이 있음에도 불구하고, 각각의 단백질 분자가 하나의 분자 변형만을 가진 상태를 말한다.

3.연구 성과
○ 연구진이 자체 개발한 심블럿 기술을 통해 세포막 수용체의 다중 복합적 분자 변형에 대해 처음으로 단분자 수준에서 정확하고 정밀한 분석이 가능하게 되었다.

○ 또한 단일 분자 변형의 EGFR들이 모인 집합체에 의한 분자적 신호전달 메커니즘을 처음으로 제시함으로써 유방암, 대장암 등의 EGFR 변이에 의한 암들에 관하여 EGFR 집합체의 분자상태와 작동원리에 기반하여 새로운 진단 및 치료 기술 개발이 가능할 것으로 기대된다.

□ 류성호 교수는“이번 연구는 연구진이 자체 개발한 분석기술로 기존 분석 방법의 오류를 극복하였고, 이를 통해 오랫동안 인식되어 온 기존의 학설과 상반된 연구결과, 즉 세포막 수용체(EGFR)는 다중 복합적 변형이 아닌 단일 분자 변형으로 일어난다는 새로운 사실을 밝힌 것으로 향후 암과 같은 난치성 질환의 진단과 맞춤형 치료에 적용할 수 있는 발판이 될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

* 자세한 내용은 붙임 자료를 확인바랍니다.

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”

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