[사이언스칼럼]세포의 문지기 ‘막단백질 입체’연구

▲ 전영호 한국기초과학지원연구원 책임연구원

사람 키의 몇 배나 되는 대형 전자 현미경, 로봇 팔과 자동으로 돌아가는 실험 장비, 대형 원통형 초전도 자석에 연결된 컴퓨터, 대형 올림픽 경기장을 방불케 하는 원형 방사광 가속기, 물 한 방울의 수천분의 일의 용액 수백 개를 순식간에 다루는 기기 들... 오늘날 미국, 일본 등 선진국에서는 이러한 첨단 장비를 총 동원하여 생물학 연구를 한다. 일본의 RIKEN 요코하마 연구소, 그리고 미국의 Scripps 연구소가 그러하다. 마치 우주선을 쏘아 올리는 NASA의 첨단 시설과 흡사한 이곳 에서는 이른바 단백질 3차원 구조 연구를 진행하고 있는 것이다.

Human Genome Project로부터 얻어진 유전자 염기서열의 최종산물인 단백질의 삼차원 구조를 규명하고, 구조로부터 얻어진 정보를 이용하여 생명현상을 설명하고 질병의 치료, 진단, 신약개발에 적용하고자 하기 위한 Post Genome Project이다. 아미노산 서열로부터 단백질의 삼차원 입체구조에 바탕을 둔 생물학적 기능과 단백질 간 상호 작용을 규명하여 생명현상을 기술하고자 하는 접근 방법이다.

사람의 경우 유전자 발현에 의해 만들어지는 단백질이 30,000개 정도 존재하는데 그 중 X선 결정학이나 핵자기공명분광학으로 삼차원 구조가 규명된 단백질은 약 30%정도이며 나머지 70%의 삼차원 구조는 아직 미결정된 상태로 남아있으며 이들 나머지 단백질의 구조 결정이 이루어질 때 비로소 유전자 정보의 해석이 이루어졌다고 볼 수 있다. 현재 미국, 일본, 유럽 등 선진국에서는 Post genome project의 핵심 과제로 유전자정보로부터 얻어지는 단백질의 삼차원 구조를 신속하고 대량으로 규명하기 위한 구조유전체학 project에 21세기 국가의 운명을 걸고 막대한 비용과 인원을 투입하고 있다.

그런데, 이 단백질 연구의 최전선에서 다시 한계에 부딪힌 것이 이른바 생체막에 존재하는 막단백질이었다. 이것은 수용액에 녹지 않는 막단백질의 소수성으로 인하여, 연구에 활용할 시료를 얻지 못한 때문이었다. 현재까지 막단백질은 전체 단백질 수의 30% 이상을 차지하고 있음에도 불구하고, 그 구조가 밝혀진 것은 수용성 단백질의 1% 미만이다.

그러나, 현재 시판되는 약물 표적의 반 이상이 막단백질로서, 미국에서 시판되고 있는 판매 순위 1백위 약물 중 16개가 막단백질을 표적으로 하고 있는 약물이며, 연간 2천억 달러를 상회하는 의약시장을 결정할 중요한 분야이다. 막단백질 구조기능연구로 질환치료 및 신약개발의 지적재산권 확보 가능할 뿐 아니라 아직 그 기능이 밝혀지지 않은 단백질이 상당 수 이므로 신약개발에 있어 보고라 할 수 있다. 따라서 다음 단계의 생명과학의 도전은 무엇인가? 그것은 막단백질 연구라고 보여진다.

막단백질 연구는 과거의 구조 생물학이 가진 기술적 한계로 인하여, 아직 초기 단계이며, 각종 첨단 연구장비 등 정부 주도의 전략적 투자가 이루어 져야 할 미개척 핵심 분야 이다. 지난 30년간 500개의 표적이 발굴되었으며 앞으로 5,000개 정도의 막단백질이 표적으로 개발 가능한 것으로 예상된다. 그 뿐 아니라 막단백질은 각종 신호전달 및 뇌세포 기능 등 생물학적 기능 규명 그 자체만으로도 학문적 가치가 상당하다.

한미 FTA 체결로 인하여, 다국적 기업의 신약특허권 보호강화 요구 수용에 따른 국내 생물의약산업의 위기의식이 고조 되고 있다. 우리나라 제약산업의 승패는 창조적인 신약개발 능력에 달려 있다고 하기도 한다. 미래 지향적인 첨단 기초과학 핵심 원천기술 개발에 도전하여 우리나라의 바이오 신약사업의 역량을 강화하도록 노력해야 할 것이다.