‘Experimental & Molecular Medicine’에 게재 비(非)인슐린 기반 당뇨 치료 가능성 제시
  • ▲ 한국기술교육대 에너지신소재화학공학부 화학생명공학전공 윤나오 교수.ⓒ한기대
    ▲ 한국기술교육대 에너지신소재화학공학부 화학생명공학전공 윤나오 교수.ⓒ한기대
    한국기술교육대학교(KOREATECH, 총장 유길상) 화학생명공학과 윤나오 교수 연구팀이 DNA 압타머를 이용해 인슐린 수용체(Insulin Receptor, IR)를 인슐린 없이 활성화하는 분자 메커니즘을 규명하는 데 성공했다. 

    이 연구는 국제 학술지 『Experimental & Molecular Medicine』(Springer-Nature, IF 12.8) 온라인판에 최근 게재됐다.

    이번 성과는 기존 인슐린 기반 치료제와 달리, 단일가닥 핵산 물질인 압타머(Aptamer)만으로 인슐린 수용체를 완전 활성화함으로써, 제2형 당뇨병 및 대사질환 치료의 새로운 접근법으로 주목받고 있다.

    인슐린 수용체(IR)는 포도당 흡수와 세포 생장, 대사 항상성 유지에 핵심 역할을 하는 막단백질이다.
    IR 기능 저하는 당뇨병 및 대사질환 발병과 직접 연관되며, 기존 치료제는 주로 인슐린 단백질 투여를 기반으로 한다. 하지만 인슐린 제제는 저혈당, 체중 증가, 비선택적 신호전달 등 부작용이 있어 신호 경로 선택적 활성화를 유도할 수 있는 새로운 접근이 요구되고 있었다.

    윤 교수팀은 앞선 선행 연구(2022)에서 IR의 일부 기능만을 부분적으로 활성화하는 단일 DNA 압타머(A62)를 개발한 바 있다. 이번 연구에서는 두 개의 A62를 연결한 이합체 압타머(A62D)가 인슐린 수용체를 인슐린 수준으로 완전 활성화할 수 있음을 입증했다.

    특히 연구팀은 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 이용해 A62D 압타머가 IR의 두 개 리간드 결합 도메인을 동시에 안정적으로 포획하고, 구조적 전위를 유도하여 수용체의 활성형 콘포메이션(Active Conformation)을 유도함을 확인했다. 

    이는 비단백질 리간드에 의한 RTK(수용체 티로신키나제) 계열 수용체의 완전 활성화 구조 규명으로는 국내 최초 사례에 속한다.

    연구 결과 A62D 압타머는 IR의 활성화 이후, AKT 경로만을 선택적으로 자극하는 특징을 보여주었다. 이는 기존 인슐린이 RAS/MAPK, mTOR 경로 등 다양한 하위 신호를 동시에 자극하는 것과 달리, 선택적 경로 제어를 통한 표적화 치료 가능성을 시사한다.

    이에 따라 A62D는 인슐린 유사체와 달리 저혈당 위험 및 비표적 부작용을 최소화할 수 있는 후보물질로, DNA 압타머 기반의 차세대 당뇨병 치료제 개발 플랫폼으로의 발전 가능성을 확보했다.

    이번 연구는 한국연구재단 창의도전연구기반지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 포스텍 종양억제분자구조 연구실(조윤제 교수)과의 공동연구를 통해 Cryo-EM 기반 구조 분석이 이뤄졌다.

    윤나오 교수는 “이번 연구는 DNA 압타머를 통해 인슐린 수용체를 직접 제어할 수 있음을 증명한 최초 사례로, 비인슐린 기반 정밀 당뇨 치료제 개발의 신호탄이 될 수 있다”며 “향후 이 플랫폼을 기반으로 한 신약 개발에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.