[Leading Researcher] 고려대학교 의과대학 의과학과 성재영 교수
진화유전체학 연구의 새로운 방법론 제시
인간생활에 실질적 도움 되는 약물 개발과 치료제 개발에 이바지하다
지난 2003년 인간게놈프로젝트(HGP: human genome project)가 완료되며 인간 유전체 안의 염기 서열들이 밝혀지고, 유전체에 존재하는 새로운 유전자들이 대량으로 발굴됐다. 하지만 밝혀진 유전자들의 정확한 기능과 이들이 인체에 어떠한 역할을 담당하는지는 밝혀지지 않았는데, 일각에서는 이러한 새로운 유전자 중 신경펩타이드와 수용체 유전자가 존재할 것이라는 예측이 있었다. 때문에 새롭게 밝혀진 유전자 중 새로운 신경펩타이드의 종류는 무엇이고, 어떤 수용체와 결합할 수 있을지에 대한 연구들이 세계 곳곳에서 진행되었지만, 체계적으로 진행된 사례는 없었다. 이에 ‘새로운 신경펩타이드 및 그 수용체 발굴’ 분야의 체계적인 연구로 신경계 질환과 내분비 질환의 치료 약물을 연구·개발하고 있는 고려대학교 의과대학의 성재영 교수를 찾아가 이야기를 나눠보았다.
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새로운 방법론 제시로 연구 분야 개척
인간 유전체(Genome)에는 약 850종류의 G-단백연결수용체(GPCR)가 존재하는데, 이 중 냄새, 맛, 빛을 구별함에 필요한 500여 종의 G-단백연결수용체를 제외한 나머지 350여 종의 G-단백연결수용체는 인간의 신체 생리활동 및 각종 질환과 관련되어 있다. G-단백연결수용체는 하등한 단세포 생물에서도 발견되는데, 이는 생명체가 탄생하며 세포와 세포 간의 정보교환을 위해 사용된 가장 오래된 통신수단으로 사료된다. 지난 2003년 인간게놈프로젝트가 완료되며 무수히 많은 새로운 유전자가 발견되었으며, 약 200종류의 새로운 G-단백연결수용체도 포함되어 있었다. 하지만 이러한 수용체의 기능연구가 되어있지 않은 상태였으며 이들에 대한 활성 물질(ligand)이 밝혀지지 않아 고아 수용체(orphan GPCR)라 명명되었다. G-단백연결수용체가 중요한 약물 표적이기에 수많은 제약 산업체와 학계에서 고아 수용체에 대한 활성 물질을 동정하는 연구를 수행하여 많은 성과를 이룩하였지만, 아직도 약 100여 종의 수용체는 고아 수용체로 남아있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 성재영 교수는 새로운 방법론의 사용을 제시했다.
성 교수는 “G-단백연결수용체에 대한 활성 물질 중 하나인 신경펩타이드는 인간 유전체의 새로운 유전자에 존재하며, 이를 생물정보학적인 방법으로 찾을 수 있습니다. 또한, 새로운 신경펩타이드 유전자와 G-단백연결수용체 유전자 간의 진화적 상관관계를 풀어낼 수 있다면 새로운 신경펩타이드에 대한 수용체를 예측할 수 있게 됩니다”라며 자신의 연구 방향에 대해 피력했다.
인간 염색체뿐 아니라 어류, 양서류, 파충류와 같은 다양한 척추동물의 염색체에서 유전자 분포를 조사하고 이를 염색체 재배열이 있기 이전의 조상(ancestral) 염색체에서 재구성하는 과정은 필수적이다. 이러한 과정을 거쳐 재구성된 신경펩타이드 유전자와 G-단백연결수용체 유전자 지도를 통해 그들의 관계를 한눈에 볼 수 있어 새로운 신경펩타이드의 수용체를 쉽게 예측할 수 있도록 한다. 그는 “이번 연구는 기존에 생화학적 방법에만 의존하던 방법론을 획기적으로 개선하였으며, 세계적으로 최초로 시도되는 방법입니다. 이러한 방법론은 신경펩타이드와 수용체 연구뿐 아니라, 인간게놈프로젝트 이후 발견된 새로운 유전자의 기능을 예측하는데도 사용할 수 있어 새로운 연구 분야를 개척하는데 크게 이바지했다고 볼 수 있습니다”라며 연구에 대한 자부심을 내비쳤다.
연구에 대한 도전정신, 진보된 인간생활 기대
성재영 교수는 지난 15년간 뇌의 시상하부에서 합성되는 생식기능, 스트레스 반응, 식용 조절을 담당하는 다양한 신경펩타이드와 그들의 활성을 매개하는 수용체인 G-단백연결수용체에 관련된 연구를 진행해왔다. 특히 신경펩타이드와 G-단백연결수용체의 분자적인 결합 양상을 분석함으로써, 수용체의 이상적인 결합을 도울 수 있는 새로운 작용제를 개발하고자 ‘새로운 신경펩타이드 및 그 수용체 발굴’이라는 목표를 세우고 연구에 매진했다. 그는 지난 2013년 종료된 ‘뇌 신경 프런티어 사업단’에서 ‘고아 수용체에 대한 활성 물질 발굴 연구’를 수행한 경험을 바탕으로 현재까지 연구를 진행하고 있다. 이 연구를 통해 대부분의 고아 수용체에 대한 유전자를 확보하여 이들의 활성을 측정하는 방법을 개발했으며, 생물정보학을 이용하여 인간 유전체에 존재하는 새로운 신경펩타이드 유전체를 발굴하는 기술을 개발해 후보 유전자를 다수 확보하였다. 성 교수는 “현재 개발되는 신약의 40%가 G-단백연결수용체를 표적으로 하고 있을 정도로 G-단백연결수용체는 신약개발에서 가장 중요한 표적 단백질입니다. 그동안 이러한 신약 개발에 필요한 가장 기초적인 지식을 제공할 수 있는 연구를 진행했으며, 앞으로 더욱 도전적인 자세로 인간생활에 실질적인 도움이 되는 약물 개발과 치료제를 개발하는 데 최선의 노력을 다하겠습니다”라며 연구에 대한 포부를 내비쳤다.
연구에 대한 끊임없는 도전정신으로 새로운 연구주제를 발굴해 기존의 방법론에서 탈피한 연구방향을 개척하는 창조적인 연구를 지향하는 성재영 교수. 앞으로 그의 연구로 인해 사람들이 더욱 진보된 인간생활을 누리기 위한 초석이 다져질 수 있기를 고대해본다.
