한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김학성 교수 연구팀이 알츠하이머·파킨슨병과 같은 신경계 질환부터 암·심혈관계 질환·대사질환을 유발하는 것으로 알려진 비정형 단백질을 간단하게 검출할 수 있는 센서 단백질을 개발했다고 8일 밝혔다. 단백질은 특정한 3차원 구조를 가지며 생체 내 다양한 기능을 수행하는 데, 실제 인간 단백질 중 44%는 상황에 따라 구조가 변화는 비정형 단백질로 고정된 구조를 갖는 일반 단백질보다 더욱 다양한 기능을 수행한다.
다만 비정형 단백질은 고정된 구조가 없어 분석·기능 연구가 어려웠다.
연구팀은 비정형 단백질이 단백질 2차 구조인 베타 스트랜드(β-strand)를 형성하는 특정 아미노산 서열을 갖고 있다는 점에 착안해 이러한 특정 서열과 상보적으로 결합할 경우에만 신호를 방출하는 새로운 형태의 센서 단백질 디자인 방법을 정립했다. 자연계에 존재하는 녹색 형광 단백질(GFP)의 베타 스트랜드를 하나 제거한 후 비정형 단백질의 특정 서열을 결합하면 형광 단백질 발색단(chromophore)의 파장 스펙트럼이 변화하는 센서 단백질을 컴퓨터 및 방향적 진화 방법을 이용해 개발했다.
연구팀은 대표적 비정형 단백질의 하나로 알츠하이머를 유발하는 세포 내 베타-아밀로이드(β-amyloid)를 검출할 수 있는 센서 단백질을 디자인해 실시간으로 세포막과의 상호작용을 추적하고 영상화할 수 있었다고 설명했다.
기존에 비정형 단백질을 분석하기 위해서는 복잡한 여러 단계 전처리 과정이 필요하고, 이로 인해 비정형 단백질 자체가 크게 변형됐다. 이번 센서 단백질은 비정형 단백질과 섞어주는 것만으로 매우 간편하고 빠르게 비정형 단백질을 검출할 수 있어 분석 및 관련 뇌 질환 등 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다.
KAIST 생명과학과 유태근 박사가 제1 저자로 참여하고 이진수·윤정민 박사가 공동으로 진행한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '잭스 골드'에 지난 10월 26일 표지 논문으로 실렸다.