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 관건입니다. 국내 연구진이 그 해결 방안을 내놓아 눈길을 끕니다.
UNIST 화학과 박철민 교수 연구팀은 DNA나 RNA 조각인 '올리고뉴클레오타이드'(oligonucleotide)의 특정 위치에 작용기(기능기)를 붙일 수 있는 화학촉매 기반 변형 기술을 개발했습니다. 효소를 사용하는 생물학적 방식에 비해 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 또 이전의 구리(Cu) 금속 기반 화학 촉매와 달리 올리고뉴클레오타이드와 엉겨 붙는 현상(킬레이션)이 없어 작용기를 원하는 위치에 붙일 수 있고 반응 효율도 좋습니다. 붙일 수 있는 작용기의 종류에 제약이 적은 것도 장점입니다. 이번 연구 결과는 'Nature Communications'에 게재됐습니다.
화학촉매 기반 올리고뉴클레오타이드 변형 기술 개발
뉴클레오타이드는 DNA(데옥시리보 핵산)나 RNA(리보핵산)의 기본 구조입니다. 뉴클레오타이드가 수개~수십 개씩 사슬처럼 이어지면 올리고뉴클레오타이드가 됩니다. 이 올리고뉴클레오타이드의 원하는 위치에 작용기를 붙여 유전물질 기반 약물이 목표물(단백질, 인체 RNA 등)에 잘 전달되게 돕는 것과 같은 효과를 얻습니다.
- 작용기(functional group)
특정 작용(기능)을 할 수 있는 원자단(group)입니다.
- 뉴클레오타이드 (nucleotide)
뉴클레이오타이드는 인산, 당, 염기(구아닌, 시토신, 아데닌 등)로 구성됩니다. 5탄당(5각형 모양 당)에 결합한 물질의 종류에 따라, 수소가 결합하면 DNA를 구성하는 단위체가, 수산기가 결합하면 RNA를 구성하는 단위체가 됩니다. 이번 연구에서는 구아닌 염기를 변형(작용기를 붙이는)시키는 합성법을 개발했습니다.
- 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)
수 개에서 수십개의 뉴클레오타이드 단위체가 합성된 중합체를 말합니다.
연구진이 개발한 기술은 로듐 금속 기반 화학촉매를 이용해 올리고뉴클레오타이드의 구아닌 염기(base) 부분만 선택적으로 변형시키는 기술입니다. 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 설명했습니다.
연구진은 개발된 방식을 이용해 빛으로 제거할 수 있는 작용기(Photocaging group)를 붙이는 변형이나 올리고뉴클레오타이드 끼리 이어 붙이는 반응에 성공했습니다. 또 변형된 올리고뉴클레오타이드를 ‘DNA 결합 단백질’(DNA-binding protein)의 검출에도 응용할 수 있었습니다.
- DNA 결합 단백질(DNA-Binding Protein)
DNA 가닥에 결합해 DNA 구조를 유지시켜주거나 유전자 발현을 조절하는 단백질 등의 총칭입니다.
이번 연구는 긴 시간과 비싼 비용이 들어가는 효소나 복잡한 과정 없이 단시간에 위치 선택적인 올리고뉴클레오타이드의 변형을 가능하게 했습니다. 본 연구의 변형법은 올리고뉴클레오타이드의 원하는 위치에 작용기를 도입하는 방법을 제공했습니다. 박철민 교수는 "이번에 개발된 기술은 제약 분야뿐만 아니라 기초 생명과학 분야 연구, 나노공학 연구의 플랫폼 기술로 쓰일 수 있을 것"이라고 기대했습니다.
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