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[사이언스] 단백질 코로나, 알츠하이머 치료제 개발 도울 실마리 찾아

아밀로이드 올리고머 표적 고효율 약물 스크리닝 기술 개발

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특허뉴스 박진석 기자
기사입력 2021/01/28 [15:24]

 

▲ Figures are reproduced with permission from Lee at el. 2021, © 2021 Nature Publishing Group. / 플라즈모닉 나노입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)을 이용한 비색법 약물 스크리닝. (a) PNAC의 복합체 형성 과정. (b, c) 형성과정의 TEM 이미지. (d) 약물 처리에 따른 아밀로이드 코로나의 분해 양상 Cryo-TEM 이미지. (e) PNAC을 이용한 비색법 약물 스크리닝. / 플라즈모닉 나노입자를 기반으로 하여, 아밀로이드 베타 (Amyloid-β, Aβ)를 증착시켜 단백질 코로나 형태로 플라즈모닉 나노입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)을 합성함. 이 기술은 나노입자 응집에 의한 국소 플라즈몬 공명 (Localized surface plasmon resonance, LSPR) 현상을 기반으로 하여 용액의 색 변화를 통해 (비색법) 약물의 효능을 정량적으로 평가하는 기술임. 그림 및 그림설명 제공 : 고려대학교 윤대성/이동택  © 특허뉴스

 

알츠하이머병의 원인으로 밝혀진 아밀로이드 베타(Amyloid-β, Aβ) 올리고머를 나노입자 표면에 합성하고 이를 이용해 아밀로이드 베타 올리고머를 분해하는 화합물이나 생체단백질을 빠르게 발굴할 수 있는 길이 열렸다.

 

한국연구재단은 고려대학교 윤대성 교수 연구팀이 광운대학교 이정훈 교수, 고려대학교 이규도 교수, 경희대학교 황교선 교수와 공동으로 나노입자 표면에 단백질 코로나 형태로 아밀로이드 베타 올리고머를 합성, 수많은 화합물 가운데 올리고머만 선택적으로 분해하는 화합물을 탐색(스크리닝)할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 27일 밝혔다.

 

단백질 코로나(protein corona)는 마치 태양의 코로나처럼 단백질들이 나노입자 표면에 응집해 이룬 응집체를 뜻하는 것으로, 태양의 상층부 대기를 뜻하는 코로나는 태양 주변으로 뻗어 나오는 형상이 왕관(corona)을 닮았다 하여 붙여진 이름이다.

 

화합물을 탐색하는 데 걸리는 시간을 기존 수 일에서 하루 이내(3~6 시간)로 단축, 알츠하이머 치료제 후보물질 발굴이 활발해질 것으로 기대된다. 고가인 아밀로이드 베타를 아주 조금(기존 대비 50배 이하)만 사용해도 되는 것도 장점이다.

 

현재 알츠하이머병의 주요 원인물질로 아밀로이드 베타 플라크에서 아밀로이드 베타 올리고머로 초점이 맞춰지고 있다.

하지만 순수한 올리고머 합성과 정제가 어려운데다 올리고머를 표지할 수 있는 형광물질도 없어 이를 표적으로 하는 약물 후보물질을 대량으로 탐색하기가 쉽지 않았다.

 

연구팀은 플라즈모닉 나노입자(국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 띄는 금속나노입자) 표면에 단백질 코로나 형태로 순수한 아밀로이드 베타 올리고머 만을 코팅하는데 성공하였으며, 후보화합물에 의해 단백질 코로나가 분해될 시 나노입자 표면이 노출, 나노입자가 서로 응집하여 흡광도 변화를 유도, 용액이 적색으로 변하는 원리를 이용하여 약물탐색 플랫폼을 개발했다.

 

형광물질이나 추적을 위한 추가적인 처리 없이 용액의 색 변화로 올리고머를 선택적으로 분해하는 화합물이나 생체단백질을 선별할 수 있도록 한 것이다.

 

실제 알츠하이머 완화에 도움이 된다고 알려진 저분자 화학물질 6종 및 생체 내 아밀로이드 베타를 제거하는 생체단백질 2종을 이용해 이 플랫폼을 검증하였다.

 

이번 연구의 성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’127일 게재되었다.

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