숙명여자대학교 화학과 함시현 교수 연구팀이 알츠하이머 치매의 원인단백질인 베타 아밀로이드 중합체(oligomer)와 이를 검출하는 형광센서(fluorescent probe)의 결속 기작을 밝혀냈다. 이를 통해 치매를 조기진단하고 신약후보물질을 빠르게 스크리닝할 수 있어 치매질환 치료를 위한 후속연구가 더욱 활발해질 것으로 기대된다.

함 교수의 이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 싱가포르 국립대 연구팀과 공동으로 수행했으며, 지난 10월 28일 화학분야 최고국제학술지인 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society·JACS)에 표지논문으로 게재됐다.(논문명 : Chemical Fluorescent Probe for Detection of Aβ Oligomers · 사진첨부)

함 교수에 따르면 잘못 접힌 단백질이 세포 내 혹은 외에서 비정상적으로 축적된 단백질 응집체는 독성을 띄고 주변 세포들의 기능장애와 세포사멸을 초래하여 퇴행성 질환 및 당뇨, 암 등 다양한 병을 일으키는 원인으로 지목된다. 최근에는 중간 응집 상태인 중합체가 더욱 독성을 띈다는 연구결과가 보고되어 단백질 중합체에 대한 연구의 중요성이 높아지고 있다.

그동안 기존 연구를 통해 베타 아밀로이드 단백질 중합체가 치매 유발의 주요 원인물질이라는 보고가 있었지만 실험 방법의 한계로 인해 구조를 규명하는데 어려움을 겪었다. 이런 상황에서 함 교수 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 연구팀이 독자적으로 개발한 역동열역학 분석방법을 활용하여 베타 아밀로이드 단백질 중합체에서만 특이적으로 노출이 되는 아미노산을 규명하는데 성공하였으며, 이 중합체를 검출할 수 있는 형광센서의 결속 기작을 분자수준에서 밝혀냈다.

함 교수 연구팀은 또한 역동열역학 분석방법을 이용해 베타 아밀로이드 중합체와 이를 검출하는 형광센서의 결합 자유 에너지를 계산하였고, 위치지정 분석(site-directed analysis)을 통해 어떤 잔기가 결합 자유 에너지를 안정하게 하는데 기여하는지 분석했다. 이를 통해 치매의 원인이 되는 단백질의 독성 중합체의 구조 특이성과, 이와 선택적으로 상호작용하는 형광센서의 결속 기작을 밝혀 향후 치매 조기진단 시약 및 신약 후보물질들을 빠르게 스크리닝할 수 있게 되었다.

함 교수는 “연구실에서 독자적으로 개발한 역동열역학 분석방법을 통해 치매 관련 독성 단백질을 선택적으로 검출할 수 있는 형광센서 개발 및 신약 후보물질 고속 스크리닝이 가능해졌다”며 “앞으로도 이 분석방법을 이용하여 치매 뿐만 아니라 다양한 질병의 원인 단백질을 검출하고 그 기작을 규명하는 데에 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.