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정가영 성균관대 교수, 의약품 수용체 신호전달 과정 규명…Cell지 게재

G단백질수용체가 G단백질을 활성화시키는 과정.© 뉴스1
(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 국내 연구진이 2012년 노벨화학상이 수여된 연구 성과를 뒤엎는 새로운 연구 결과를 밝혀냈다. 노벨상 수상 이후 신약개발에 가장 중요한 구조로 활용된 특정 단백질 구조가 사실 신약개발의 적절한 모델이 아니라는 것을 밝히고 새로운 모델을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 전세계 신약개발 패러다임을 바꿀 전망이다.

과학기술정보통신부는 정가영 성균관대학교 약학과 교수 연구팀이 'G단백질수용체'(GPCR)가 외부 신호와 결합해 세포 내 반응을 유도하기까지의 순차적인 구조 변화를 규명하고 약물 개발에 활용될 수 있는 G단백질수용체의 구조를 제시했다고 10일 밝혔다.

세포막의 문지기라고도 불리는 G단백질수용체는 외부 신호를 감지하면 세포 내부의 G단백질과 결합해 세포 신호전달계를 활성화한다. 우리 몸의 시각·후각·심혈관·뇌·면역·대사 기능을 조절해 G단백질수용체에 문제가 생기면 심장질환, 고혈압, 우울증, 정신병, 폐질환, 알레르기, 암, 당뇨 등과 같은 질병에 걸릴 수 있다. 현재 사용 중인 약의 40%가 G단백질수용체에 작용한다.

지난 2012년에는 G단백질수용체와 G단백질이 결합된 구조를 규명을 주도한 로버트 레프코위츠 듀크대 교수와 브라이언 코빌카 스탠퍼드대 교수에게 노벨화학상이 수여됐다. 노벨상 수상 이후 많은 연구들이 노벨상 연구결과가 제시한 단백질 구조를 바탕으로 신약개발 전략을 세웠으나 아직까지 진전은 없었다. G단백질수용체와 G단백질이 결합하기 전의 모습을 연구할 필요한 상황이었다.

이번 연구를 주도한 정 교수는 2012년 노벨상 수상자 코빌카 교수 연구실에서 박사후연구원으로 몸담은 바 있다. 실제 2012년 노벨상으로 이어진 2011년 코빌카 교수의 '네이처' 논문에 함께 이름을 싣기도 했다. 정 교수는 2012년 성균관대 교수로 부임한 후 독립 연구 주제를 고민하던 중 G단백질수용체와 G단백질이 결합하게 되는 과정을 연구하기로 했다. 연구 기법은 새로운 질량분석방법 중 하나인 'Pulsed labeling HDX-MS'를 선택했다. 정 교수는 연구에 필요한 단백질 정제는 박사후연구원 시절 지도교수이자 노벨상 수상자인 코빌카 교수님께 도움을 받기도 했다.

연구 결과 2012년 노벨상이 수상된 G단백질수용체와 G단백질 결합체의 구조는 세포에서 신호전달이 다 일어난 후의 구조인 것으로 나타났다. 실질적으로 세포에서 신호전달이 일어나는 과정과는 무관했던 것이다. 정 교수 연구팀은 G단백질수용체가 외부 신호와 결합해 세포 내 반응을 유도하기까지의 순차적인 구조 변화를 규명했다. 나아가 약물 개발에 활용될 수 있는 G단백질수용체의 구조도 제시했다.

정 교수는 "노벨상을 받은 구조는 효과적 신약개발을 위한 실제 세포 내 G단백질 결합과정을 규명하기에 적절한 모델이 아닐 수도 있다"면서 "이 연구에서 밝혀진 결합 초기 G단백질수용체 구조가 세포 내 반응을 유도하는 효과적인 신약개발 추진에 더 적합하다"고 말했다.

이러한 연구 결과는 기존 통념을 뒤엎는 것이기에 학계에서 잘 받아들여지지 않는 어려움을 겪기도 했다. 정 교수는 "2016년도에 국제 학술지에 한차례 논문 제출이 있었으나 실패한 이후 데이터를 더 보충하고 이 분야 전문가들이 모이는 각종 국제 학회에서 발표 및 관련 학자들과의 대화를 통해 저희 연구 결과를 이해시키는 과정이 필요했다"고 회상했다.

정 교수는 "2012년 노벨화학상 이후 지속적으로 연구되어 온 G단백질수용체에 의한 G단백질 활성 원리의 패러다임을 바꾸는 이론을 제시했다"면서 "앞으로 G단백질수용체에 작용하는 의약품 개발의 새로운 전략이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 10일 국제학술지 '셀'(Cell)에 실렸다.

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