최근 속도를 내고 있는 유전물질 기반 신약(mRNA 백신, RNA 희귀질환치료제)의 대중화는 기존 유전물질의 단점을 보완하거나 특정 기능을 추가 할 수 있는 값싸고 빠른 변형 기술 개발이 관건이다. 국내 연구진이 그 해결 방안을 내놓아 눈길을 끈다.
UNIST 화학과 박철민 교수 연구팀은 DNA나 RNA 조각인 ‘올리고뉴클레오타이드’(oligonucleotide)의 특정 위치에 작용기(기능기)를 붙일 수 있는 화학촉매 기반 변형 기술을 개발했다. 효소를 사용하는 생물학적 방식에 비해 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다. 또 이전의 구리(Cu) 금속 기반 화학 촉매와 달리 올리고뉴클레오타이드와 엉겨 붙는 현상(킬레이션)이 없어 작용기를 원하는 위치에 붙일 수 있고 반응 효율도 좋다. 붙일 수 있는 작용기의 종류에 제약이 적은 것도 장점이다.
뉴클레오타이드는 DNA(데옥시리보핵산)나 RNA(리보핵산)의 기본 구조다. 뉴클레오타이드가 수개~수십 개씩 사슬처럼 이어지면 올리고뉴클레오타이드가 된다. 이 올리고뉴클레오타이드의 원하는 위치에 작용기를 붙여 유전물질 기반 약물이 목표물(단백질, 인체 RNA 등)에 잘 전달되게 돕는 것과 같은 효과를 얻는다.
그림1. 올리고뉴클레오타이드 사슬의 특정 위치를 변형할 수 있는 기술.
연구진이 개발한 기술은 로듐 금속 기반 화학촉매를 이용해 올리고뉴클레오타이드의 구아닌 염기(base) 부분만 선택적으로 변형시키는 기술이다. 이번 연구에 제1저자로 참여한 이양하 화학과 석·박사통합과정 연구원은 “염기쌍(base-pair)을 형성하는 염기와 그렇지 않은 염기의 반응성 차이를 이용해 위치 선택성을 얻을 수 있었다”고 설명했다.
연구진은 개발된 방식을 이용해 빛으로 제거할 수 있는 작용기(Photocaging group)를 붙이는 변형이나 올리고뉴클레오타이드 끼리 이어 붙이는 반응에 성공했다. 또 변형된 올리고뉴클레오타이드를 ‘DNA 결합 단백질’(DNA-binding protein)의 검출에도 응용할 수 있었다.
박철민 교수는 “이번에 개발된 기술은 제약 분야뿐만 아니라 기초 생명과학 분야 연구, 나노공학 연구의 플랫폼 기술로 쓰일 수 있을 것” 이라고 기대했다.
이번 연구는 삼성과학기술재단, 한국연구재단과 차세대유기합성센터(CNOS)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 3월 16일(현지시각) 세계적인 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 에 발표됐다.
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