한국인들이 가장 많이 걸리는 질환 중 하나인 당뇨병은 혈액내 포도당 농도(혈당량)가 높게 유지되는 병이다. 체내 혈당수치가 높게 지속되면 망막 질환, 신장 질환, 심혈관 질환 등 각종 합병증이 유발 될 수 있어 당뇨 환자에게 혈당 관리는 매우 중요하다.
체내에서는 혈당수치를 조절하기 위해 ‘글루카곤 유사 펩타이드-1’(이하 GLP-1)이라는 호르몬이 분비된다. GLP-1은 뇌, 간, 위장, 췌장 등 여러 기전을 통해 혈당을 낮추는데, 3분 이하의 짧은 반감기를 가지고 있어 체내 반감기를 늘리기 위한 연구들이 진행돼 왔다.
그러나 기존 연구에서 충분한 반감기 증가가 이뤄지지 않거나, 약효가 큰 폭으로 감소 또는 약품 생산 과정의 수율이 낮아 이에 대한 개선이 요구돼 왔다.
지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 권인찬 교수 연구팀은 체내에서 긴 반감기를 가지며 혈액에 풍부하게 존재하는 단백질인 알부민을 대장균을 활용한 새로운 방식으로 GLP-1과 결합해 GLP-1의 반감기를 증가(생쥐에서 160배)시켰다.
이는 알부민을 직접 혹은 간접적으로 이용하는 기존 기술들에 비해 알부민 연결에 의한 반감기 증가 효과를 최대한 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 화학적인 방법으로 GLP-1과 같은 길이가 긴 펩타이드 의약을 만들 경우 생산수율이 낮은 문제점을 보완하기 위해 본 연구에서는 대장균을 이용한 재조합단백질기술로 길이가 긴 펩타이드 의약도 손쉽게 생산할 수 있음을 확인했다.
특히, 기존의 재조합단백질기술로는 펩타이드 의약의 특정 위치에 알부민을 결합하기 어렵기 때문에 특수하게 설계된 대장균을 사용해 클릭화학 반응기를 가진 비천연아미노산이 펩타이드의 특정 위치에 도입됨으로써 펩타이드 의약 제조가 가능하다.
연구진은 GLP-1과 알부민의 결합 위치를 조절함으로써 GLP-1과 알부민 결합체의 약효가 달라질 수 있다는 것을 세포실험과 생쥐를 대상으로 한 당부하 검사를 통해 확인했다.
이에따라 알부민의 결합위치가 치료용 펩타이드 의약품의 효과에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상되며, 펩타이드 의약품의 반감기를 증가시키고 더 수월한 생산이 가능해 향후 다양한 치료용 펩타이드 의약품 제조에 적용시 치료의 기간, 비용, 환자의 고통을 획기적으로 감축할 것으로 기대된다.
지스트 권인찬 교수는 “이번 연구는 GLP-1과 알부민의 결합을 통해 반감기 증가 효과를 얻으면서 알부민 결합 위치를 바꿔줌으로써 약효를 최적화할 수 있는 가능성을 확인했다는 것이 가장 큰 연구의 의의다. 향후 대장균을 이용한 재조합단백질기술은 의약연구 뿐만 아니라 기후변화 대응, 에너지 문제 해결 등을 위한 바이오촉매 연구에도 광범위하게 적용될 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 지스트 신소재공학부 권인찬 교수(교신저자)가 주도하고 신소재공학부 박미정 석사과정 학생과 의생명공학과 박준용 박사과정 학생이 수행했으며, 한국연구재단이 지원하는 중견연구와 기초연구실(연구책임자 태기융 교수), 그리고 지스트 기후변화대응과제의 지원으로 진행됐다. 연구 결과는 약학분야 국제학술지인 ‘파마슈틱스’(Pharmaceutics)에 지난 16일 온라인 게재됐다.
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