김학성 교수팀, 기존 단백질 조립체 기능화 문제점 ‘극복’기존보다 900배 향상된 결합력 얻어 암세포 효과적 사멸 효과 ‘확인’
  • ▲ KAIST 연구팀이 개발한 암세포에만 약물 전달이 가능한 클라트린 조립체 모식도.ⓒKAIST
    ▲ KAIST 연구팀이 개발한 암세포에만 약물 전달이 가능한 클라트린 조립체 모식도.ⓒKAIST
    KAIST 연구팀이 암세포에만 약물을 전달 가능한 클라트린 조립체를 개발했다.

    KAIST 생명과학과 김학성 교수 연구팀은 암세포에 특이적으로 약물을 전달할 수 있는 클라트린 조립체를 개발했다고 14일 밝혔다.

    생체 내 클라트린이라는 단백질 조립체는 세포 안에서 자가조립(self-assembly)돼 물질을 효율적으로 수송(endocytosis)한다. 

    클라트린 조립체는 먼저 3개의 중쇄(heavy chain)와 3개의 경쇄(light chain)가 결합, 트리스켈리온(triskelion)이 만들어지고, 이후 트리스켈리온이 자가조립돼 형성된다. 

    연구팀은 이에 착안해 암세포에 특이적으로 약물을 전달하기 위해 암세포 인식 단백질과 독소 단백질의 기능화가 용이하도록 클라트린 사슬을 설계했고, 이를 이용해 새로운 형태의 클라트린 조립체(clathrin assembly)를 얻었다. 

    개발된 클라트린 조립체는 원 포트 반응(one-pot reaction)으로 두 종류의 단백질(암세포 인식 단백질과 독소 단백질)을 동시에 높은 효율로 접합시킬 수 있어 향후 약물 전달, 백신 개발 및 질병 진단 등을 포함한 생물 의학 분야에서 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

    이번 연구에서는 대표적인 종양 표지자인 상피세포 성장인자 수용체(EGFR)를 인식하는 단백질을 사용해 암세포에 특이적으로 약물을 전달할 수 있었다. EGFR을 인식하는 단백질로 기능화된 클라트린 조립체는 결합증대 효과(avidity effect)로 인해, 기존보다 무려 900배 이상 향상된 결합력을 보였다. 

    연구팀은 이를 기반으로 독소 단백질을 연결한 클라트린 조립체를 세포에 처리했을 때, 정상 세포에는 영향이 없으나 암세포만 효과적으로 사멸시킨다는 것을 확인했다.

    KAIST 생명과학과 김홍식 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 스몰(Small)에 지난 2월 22일 자 19권 8호에 출판됐다.

    제1 저자인 김홍식 박사는 “클라트린은 기능화가 어렵고 포유류의 세포로부터 추출해서 얻었기 때문에 실질적인 적용이 제한됐다”며 “이번 연구에서 새로 설계한 클라트린 조립체는 한 번의 반응으로 서로 다른 두 종류의 단백질로 기능화할 수 있고, 대장균에서 생산 가능해 생물 의학 분야에서 광범위하게 활용될 수 있는 단백질 조립체 응용 기술이 될 것”이라고 말했다.