KAIST, 알츠하이머 조기 진단 위한 '센서단백질' 설계

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)의 김학성 생명과학과 교수 연구팀이 알츠하이머병을 조기 진단하기 위한 센서단백질을 개발했다.

연구팀은 비정형단백질을 간단하게 검출할 수 있는 센서 단백질을 설계했다. 비정형단백질은 고정된 3차원 구조가 없는 상태로 있다. 이 단백질은 알츠하이머, 파킨슨병과 같은 신경계 질환부터 암, 심혈관계 질환, 대사질환을 유발하는 것으로 알려졌다. 이들을 빠르게 검출하고 분석한다면 조기 진단을 통해 질병의 진행을 막고 환자의 예후를 개선할 수 있다.

김학성 KAIST 생명과학과 교수.(사진=KAIST)

단백질은 특정한 3차원 구조를 가지며 몸속에서 다양한 기능을 수행한다. 실제 인간 단백질 중 44%는 상황에 따라 구조가 변화는 비정형 단백질이다. 고정된 구조를 갖는 일반 단백질보다 다양한 기능을 수행한다. 이 단백질은 고정된 구조가 없어 기능 등을 연구하기 어려웠다.

연구팀은 비정형 단백질이 단백질 2차 구조인 베타 스트랜드를 형성하는 특정 아미노산 서열을 갖고 있다는 점에 착안해 특정 서열과 상보적으로 결합할 경우에만 신호를 방출하는 새로운 형태의 센서 단백질 디자인 방법을 정립했다.

연구팀은 자연계에 존재하는 녹색 형광 단백질의 베타 스트랜드 하나를 없앤뒤 비정형 단백질의 특정 서열이 결합하면 형광 단백질 발색단의 파장 스펙트럼이 변화하는 센서 단백질을 개발했다.

대표적 비정형 단백질의 하나로 알츠하이머를 유발하는 세포 내 베타-아밀로이드를 검출하는 센서 단백질을 개발해 실시간으로 세포막과의 상호작용을 추적하고 영상으로 만들었다.

기존에는 비정형 단백질을 분석하기 위해 복잡한 여러 단계의 전처리 과정이 필요했다. 이 과정에서 비정형 단백질 자체가 변형돼 실제 비정형 단백질의 분석과 기능 연구에 제약이 있었지만 이번 개발로 간편하고 빠르게 비정형 단백질을 검출할 수 있게 됐다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘잭스 골드(JACS Au)’에 지난 10월 26자 3권 11호로 게재됐다.

표지 논문 이미지.(자료=KAIST)