[엠디데일리] 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.

[용어해설] 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(한국연구재단) 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 3월 24일자에 게재되었다.

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. 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.
▲ 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.

[용어해설]△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.

▲ 연구 내용
기존의 다중 복합적 분자 변형 연구의 분석상 오류를 피하기 위해서는 단일 분자 수준에서의 연구가 필요하다. 이에 연구진은 단백질 분자의 특이적인 결합을 활용한 단분자영상기술*인 심블럿(Single-Molecule Blotting, SiMBlot) 기술을 최초로 자체 개발하여 단일 분자 수준의 분석이 가능하게 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 변형으로 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 EGF및 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.]

▲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.