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KAIST, 알츠하이머 조기진단 '센서 단백질' 개발

등록 2023.12.08 13:40:50수정 2023.12.08 15:15:29

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김학성 교수팀, 고정된 구조 없는 비정형 단백질 간단하게 검출

새 형태의 센서단백질 설계 방법 정립, 국제학술지 게재

치매, 파킨슨병 등 뇌 질환을 유발하는 펩타이드 검출에 활용 가능

[대전=뉴시스] 연구 개요도.(시계방향으로) 비정형 단백질과 결합과 동시에 형광신호 변화를 일으킬 수 있는 센서단백질 모식도. 센서단백질과 아밀로이드 베타(amyloid-β)의 특정 서열 조각이 결합된 복합체의 결정 구조. 센서단백질을 이용한 아밀로이드 베타와 성상세포 세포막 사이의 상호작용 실시간 추적 그림. 다양한 농도의 아밀로이드 베타 농도에 대한 센서 단백질의 형광 파장대 변화.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 연구 개요도.(시계방향으로) 비정형 단백질과 결합과 동시에 형광신호 변화를 일으킬 수 있는 센서단백질 모식도. 센서단백질과 아밀로이드 베타(amyloid-β)의 특정 서열 조각이 결합된 복합체의 결정 구조. 센서단백질을 이용한 아밀로이드 베타와 성상세포 세포막 사이의 상호작용 실시간 추적 그림. 다양한 농도의 아밀로이드 베타 농도에 대한 센서 단백질의 형광 파장대 변화.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 알츠하이머, 파킨슨병과 같은 정신질환을 유발하는 비정형 단백질(Intrinsically disordered protein)을 신속하게 분석할 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST는 생명과학과 김학성 교수팀이 비정형 단백질을 간단하게 검출할 수 있는 '센서단백질'을 디자인하는데 성공했다고 8일 밝혔다.

단백질은 특정한 3차원 구조를 가지며 생체 내 다양한 기능을 수행하는 데 실제 인간 단백질 중 44%는 상황에 따라 구조가 변화는 비정형 단백질이다. 이들 비정형 단백질은 고정된 구조가 없어 단백질 분석과 기능 연구가 매우 까다롭다.

김 교수팀은 비정형 단백질이 단백질 2차 구조인 베타 스트랜드를 형성하는 특정 아미노산 서열을 갖고 있다는 점에 착안, 이 특정 서열과 상보적으로 결합할 경우에만 신호를 방출하는 새로운 형태의 센서단백질 디자인 방법을 정립했다.
 
이어 연구팀은 자연계에 존재하는 녹색 형광 단백질(GFP)의 베타 스트랜드 하나를 제거한 뒤 비정형 단백질의 특정 서열이 결합하면 형광 단백질 발색단(chromophore)의 파장 스펙트럼이 변화하는 센서단백질을 컴퓨터 및 방향적 진화방법을 이용해 개발했다.
 
연구팀 관계자는 "대표적 비정형 단백질의 하나로 알츠하이머를 유발하는 세포 내 베타-아밀로이드를 검출할 수 있는 센서단백질을 개발, 실시간으로 세포막과의 상호작용을 추적하고 영상화할 수 있었다"고 설명했다.

이번에 개발된 센서단백질은 단순하게 비정형 단백질과 혼합하는 방법으로 매우 간편하고 빠르게 비정형 단백질을 검출할 수 있어 향후 비정형 단백질 분석 및 관련 질병 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다.

기존에는 비정형 단백질을 분석키 위해서는 복잡한 여러 단계의 전처리 과정이 필요했고 이로 인해 비정형 단백질 자체가  변형돼 연구에 제약이 많았다.

KAIST 생명과학과 유태근 박사가 제1 저자로 참여하고 이진수 박사(허원도 교수 연구실)와 윤정민 박사(송지준 교수 연구실)가 공동으로 진행한 이번 연구는 국제 학술지 '잭스 골드(JACS Au)'에 지난 10월 26일자 3권 11호에 출판됐으며 표지 논문으로 선정됐다. 논문명 Engineering of a Fluorescent Protein for a Sensing of an Intrinsically Disordered Protein through Transition in the Chromophore State

유태근 박사는 "고정된 구조가 없는 비정형 단백질은 일반적 단백질에 비해 센서단백질의 디자인과 개발이 매우 어려웠다"며 "이번 연구가 비정형 단백질의 분석과 관련 병리기전의 연구에 새로운 방법과 전략을 제시할 수 있을 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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