POSTECH, ‘DNA 바코드’ 활용 신약 개발 획기적 단축 방법 개발

임현석 포항공과대학교(POSTECH) 화학과 교수 연구팀이 DNA 바코드 기술을 활용해 신약 개발 과정을 획기적으로 단축시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 발표했다. 이 연구 결과는 세계적 권위의 화학 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)' 국제판에 게재됐다.

신약 개발은 흔히 '자물쇠에 꼭 맞는 열쇠를 찾는 것'에 비유된다. 인체 내 수많은 단백질 중에서 질병을 유발하는 특정 단백질만을 선택적으로 억제하는 약물을 찾아야 하기 때문이다. 특히 단백질들의 구조적 유사성으로 인해 잘못된 표적에 작용할 경우 심각한 부작용이 발생할 수 있어 정확한 표적 선택이 핵심이다.

연구팀은 'DNA 바코드 화합물 라이브러리'와 '클릭 화학' 기술을 결합한 새로운 접근법을 제시했다. 이 방법의 핵심은 수천만 개의 분자 후보에 각각 고유한 DNA 바코드를 부착해 마치 마트 상품처럼 개별 식별이 가능하도록 한 것이다. 여기에 분자들이 자발적으로 최적의 결합 파트너를 찾아 결합하는 클릭 화학 반응을 적용했다.

이 기술을 통해 연구팀은 단 한 번의 실험으로 수천만 종의 후보 물질 중에서 특정 단백질에 최적화된 약물을 선별할 수 있게 됐다. 기존 방식에서는 수백에서 수천 번의 반복 실험이 필요했던 과정을 대폭 단축시킨 것이다.

연구팀은 이 기술을 활용해 비만, 당뇨병 등 대사성 질환과 다양한 암의 원인 단백질로 알려진 'PTP1B(Protein Tyrosine Phosphatase 1B)'를 선택적으로 억제하는 후보 물질 발굴에 성공했다. PTP1B는 구조적으로 유사한 다른 단백질과의 구별이 어려워 지금까지 선택적 억제가 매우 까다로운 표적으로 여겨져 왔다.

실험 결과, 연구팀이 발굴한 신약 후보 물질은 정상 세포에는 최소한의 영향만 미치면서 PTP1B가 과다 발현된 암세포에서만 강력한 항암 효과를 나타내는 것으로 확인됐다.

논문 제1저자인 POSTECH 화학과 박사과정 김민경씨는 "이번에 개발한 기술은 단 한 번의 스크리닝만으로 특정 단백질에 대해 높은 선택성과 강력한 활성을 지닌 신약 후보를 발굴할 수 있다는 점에서 의미가 크다"라고 밝혔다. 그는 또한 "맞춤형 치료제 개발은 물론, 정밀 진단 도구 설계에도 활용될 수 있을 것"이라고 전했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 바이오의료기술개발사업의 유전자암호화라이브러리 코어뱅크구축사업과 이공학학술연구기반구축사업의 지원을 받아 수행됐다. 사업단장은 한국화학연구원 허정녕 박사가 맡고 있다.