성대 정가영 교수, 7년전 노벨화학상 뒤엎는 이론 셀(Cell)誌에 발표

[아이뉴스24 최상국 기자] 2012년 노벨화학상을 받은 G단백질수용체(GPCR) 구조를 바탕으로 한 그동안의 신약 개발 노력은 모두 헛수고였을지도 모른다.

10일 성균관대 정가영 교수 연구팀은 7년전 노벨화학상을 수상케 한 G단백질수용체는 단백질과 수용체가 결합한 후의 구조여서 신약 개발에는 유용하지 않다는 사실을 밝혀내고 단백질과 수용체가 결합하는 초기의 구조를 규명, 생명과학 분야의 세계적인 학술지 Cell에 발표했다.

이번 연구에는 정가영 교수(교신저자)를 비롯해 코빌카 교수(교신저자, 미국 스탠포드대), 로도스키 교수(교신저자, 미국 케이스 웨스턴 리저브대), 누엔민둑 박사 (제1저자, 성균관대), 양 박사(제1저자, 미국 스탠포드대), 라스무센 교수(제1저자, 덴마크 코펜하겐대)등이 참여했다.

G단백질수용체(GPCR, G-protein coupled receptor)는 세포막의 문지기로서 호르몬, 의약품 등을 세포 내로 전달해 적절한 반응을 유도하는 물질이다. 외부 신호를 감지하면 세포 내부의 G단백질과 결합해 세포의 신호전달계를 활성화시키는 역할을 한다. 시각, 후각, 심혈관, 뇌, 면역, 대사 기능 등 우리 몸의 다양한 기능을 조절하며 현재 사용 중인 의약품의 40%가 GPCR을 통해 작용한다.

2012년 노벨 화학상이 로버트 레프코비츠 듀크대 교수와 브라이언 코빌카 스탠포드대 교수에게 수여된 것은 세포 안팎의 신호전달자 역할을 하는 GPCR의 구조를 밝혀낸 공로에 따른 것이다.

이후 GPCR이 G단백질과 결합했을 때의 구조를 이용해 약물의 효과를 높이려는 시도가 많았지만 결실은 없었다. 이번 연구는 노벨화학상을 받은 GPCR의 구조는 G단백질과 결합한 후의 형태로서 효과적 신약개발을 위한 실제 세포 내 G단백질 결합과정을 규명하기에는 적절한 모델이 아닐 수 있음을 밝힌 것이다.

대신 연구팀은 GPCR이 외부 신호와 결합해 세포 내 반응을 유도하기까지의 순차적인 구조 변화를 규명했다. 나아가 신약 개발에 활용될 수 있는 GPCR의 구조는 G단백질과의 결합 후가 아니라 결합 초기라는 것을 밝히고 그 구조를 제시했다.

정가영 교수는 “2012년 노벨화학상 이후 지속적으로 연구돼 온 G단백질수용체에 의한 G단백질 활성 원리의 패러다임을 바꾸는 이론을 제시”한 것으로 “향후 G단백질수용체에 작용하는 의약품 개발의 새로운 전략이 될 것이다”라고 연구 의의를 설명했다.

노벨화학상 수상자인 스탠퍼드대 코빌카 교수팀에서 박사후 연구원으로 GPCR 연구에 참여했던 정가영 교수는 "귀국후 독립된 연구원으로서 노벨화학상을 수상한 단백질 구조가 만들어지게 되는 과정에 대한 궁금증이 생겨 새로운 아이디어와 기법으로 연구를 시작했다. 연구에 필요한 단백질 정제는 지도교수였던 코빌카 교수의 도움을 받았다."고 소개했다.

정 교수는 "2016년에 연구 결과를 논문으로 작성했으나 기존의 통념에서 벗어나는 내용이라 학계에서 잘 받아들여지지가 않았다. 이후 2년 동안 결과를 보충하고 각종 국제 학회에서 발표 및 대화를 통해 연구 결과를 이해시키는 과정을 진행했다. 이를 바탕으로 작년 10월에 논문을 제출했고 몇 번의 수정 작업 끝에 이번에 게재승인을 받았다. 기존의 통념을 뒤엎는 결과가 이제야 받아들여지게 된 것"이라고 밝혔다.

정 교수는 "GPCR 활성 기전에 대한 연구를 지속해 좀 더 효과적이고 부작용이 적은 약물 개발을 위한 플랫폼을 마련하는 것이 궁극적인 연구 목표"라며 "아직 아시아권은 GPCR 분야 연구가 약한데 범아시아권 연구들과 활발하고 실질적인 연구 교류를 통해 아시아도 이 분야에서 뒤지지 않는 연구를 하고 있다는 것을 세계에 보여주고 싶다."고 포부를 밝혔다.