G단백질수용체와 G단백질의 결합 초기 구조를 기반으로 한 신약개발 전략을 세워야 함을 제시한 국내 연구결과가 나왔다.

정가영 교수(성균관대) 연구팀은 의약품과 우리 몸 속 G단백질수용체가 작용해 세포내 신호전달에 관여하는 과정을 규명, 기존 연구의 한계를 극복한 새 패러다임을 전환했다.

G단백질수용체(GPCR) 신호전달 기전을 정확하게 이해하는 것은 좀 더 효과적이고 안전한 G단백질수용체 작용 약물 개발의 발판이 된다. 2011년 정 교수가 박사후연구원으로 참여한 프로젝트를 통해 세계 최초로 G단백질수용체와 G단백질이 결합된 구조를 규명, 2012년 노벨화학상이 수여됐다.

연구 주제 개략도
연구 주제 개략도.

G단백질수용체가 G단백질과 결합하는 과정에서 나타나는 순차적 구조변화를 규명한 이번 연구결과는 2012년 노벨상이 수여된 기존 구조는 결합 후기에 일어나며 생리적으로 유용하지 않음을 밝혔다. 이는 G단백질수용체와 G단백질의 결합 초기 구조를 기반으로 한 신약개발 전략을 세워야 함을 제시한다.

관련 논문은 세계 최고 수준의 국제학술지 ‘셀(Cell)’ 5월 10일(한국시간)에 게재됐다.

G단백질수용체은 세포막의 문지기로서, 호르몬, 의약품 등을 세포 내로 전달해 적절한 반응을 유도하며 현재 사용 중인 의약품의 40%가 G단백질수용체를 통해 작용한다. G단백질수용체는 시각, 후각, 심혈관, 뇌, 면역, 대사 기능 등 우리 몸의 다양한 기능을 조절한다. 이를 이용해 약물의 효과를 높이려는 시도가 많지만 아직 실질적 결실은 없었다.

연구팀은 G단백질수용체가 외부 신호와 결합해 세포 내 반응을 유도하기까지의 순차적인 구조 변화를 규명, 약물 개발에 활용될 수 있는 G단백질수용체의 구조도 제시했다.

G단백질수용체가 G단백질을 활성화시키는 과정. G단백질수용체(초록색)가 G단백질(주황, 회색, 보라색 복합체)과 결합하여 활성화되도록 유도하는 순차적 변화를 밝혔다. 2012년 노벨화학상이 수여된 구조(step 4)는 G단백질이 활성화된 이후의 구조이며 실제 세포 내에서 형성되는 구조가 아닐 수도 있다. 오히려 G단백질이 결합한 초기(step 2,3) 구조가 효과적이고 안전한 신약개발 전략에 도움이 된다.

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

정 교수는 2017년 만45세 이하 최우수 젊은과학자들의 단체인 ‘차세대한국과학기술한림원’ 회원으로 선출된 바 있다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구‧집단연구)의 지원으로 수행됐다.

*논문명 : Assmbly of a GPCR-G Protein Complex

*주저자 : 정가영 교수(교신저자, 성균관대), 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)