국내 연구진이 세포 내 질병 타겟에 치료제 전달 효율성을 향상, 표적 단백질 신약 개발 활용이 기대된다.

김학성 교수‧류이슬 박사(KAIST), 이중재 교수(강원대), 강정애 박사(한국원자력연구원) 공동 연구팀이 DNA를 기반으로 나노 구조체를 개발해 세포 속으로의 단백질 전달 효율을 높였다고 한국연구재단이 밝혔다.

단백질 치료제는 저분자 화합물에 비해 반응 부위를 구별해내는 특이성이 우수해 차세대 의약품으로 활발히 개발되고 있다. 단백질 치료제가 탁월한 효과를 내기 위해서는 치료용 단백질이 세포 내로 효율적으로 전달되는 기술이 선행돼야 한다.

지금까지는 화학적 합성법 등으로 단백질 전달체를 제작해 왔지만, 생체 독성, 낮은 전달 효율, 복잡한 제조공정과 효과가 일관적이지 않은 재현성 등이 해결되어야 할 과제로 남아있다.

연구팀은 생체 분자인 DNA를 기반으로 나노 구조체를 제작, 생체 친화적이면서 특정 세포로의 높은 전달 효율을 보였다. 특히 다양한 단백질을 전달할 수 있는 범용기술로, 폐암 동물 모델에서도 항암 물질을 전달해 높은 항암 효과를 입증했다.

나노 구조체 제조 과정 모식도. (a) DNA 설계 및 (b) DNA와 징크 핑거 단백질을 이용한 나노 구조체의 자기조립 과정이다.

제조공정도 복잡하지 않다. 먼저 금 나노입자 표면에 DNA를 부착한다. 그 다음 DNA의 특이적 염기서열을 인식하여 결합하는 단백질 징크 핑거(zinc finger)를 이용, 각 DNA 가닥에 암 세포를 표적하는 생체분자와 항암 단백질을 결합시켜 제작했다.

DNA와 징크 핑거 간의 상호작용을 이용, DNA 서열과 길이를 조절해 나노 구조체에 탑재되는 단백질의 양을 손쉽게 조절할 수 있다.

김학성 교수는 “생체 적합한 소재인 DNA와 단백질의 상호작용을 이용하여 세포 내로 단백질을 효율적으로 전달하는 새로운 나노 구조체를 개발한 것”이라며 “세포 내 단백질 치료제의 전달 뿐 아니라 동반 진단용으로 광범위하게 활용될 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업(글로벌연구실, 중견연구, 생애첫연구) 지원으로 수행됐다. 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 12월 28일 표지논문으로 게재됐다.

* 논문명

Programed Assembly of Nucleoprotein Nanoparticles Using DNA and Zinc Fingers for Targeted Protein Delivery

*저 자

류이슬(KAIST, 제1저자), 강정애(한국원자력연구원, 제1저자), 김다솜(KAIST), 김송래(KBSI), 김성민(강원대), 박승지(강원대), 권승해(KBSI), 김길남(KBSI), 이동은(한국원자력연구원), 이중재(강원대, 교신저자), 김학성(KAIST, 교신저자)