RNA '구조 앙상블'로 활성 예측…신약 개발 새 지평

컬럼비아대학교 연구팀이 RNA 서열만으로 세포 내 활성을 예측하는 모델을 개발, 세계적인 학술지 '셀(Cell)'에 게재했다.

하시м 알-하시미(Hashim Al-Hashimi) 교수 연구팀은 인공지능(AI)이 아닌 생물리학적 원리를 이용해 이 같은 성과를 거뒀다. 연구의 핵심은 RNA가 가질 수 있는 다양한 구조의 집합체인 '구조 앙상블(structural ensembles)'을 이해하는 것이다.

연구팀은 RNA의 활성을 예측하기 위해 먼저 인간면역결핍바이러스(HIV)의 RNA인 'TAR'와 그 돌연변이들의 구조 앙상블을 실험적으로 규명했다. 이 과정에서 기존의 RNA 2차 구조 예측에 사용되는 생물리학적 모델을 통해 서열로부터 활성을 예측할 수 있다는 사실을 발견했다.

이를 바탕으로 연구팀은 '앙상블 보존성(ensemble conservation)'이라는 새로운 개념을 제시했다. 특정 RNA 돌연변이가 기능을 상실하는 이유는 다른 분자와의 접촉을 바꾸기 때문이 아니라, 구조 앙상블의 균형을 깨뜨려 활성을 급격히 변화시키기 때문이라는 설명이다.

연구팀은 해당 예측 모델이 TAR 외에 다른 HIV RNA인 'RRE'에도 적용 가능하며, 모든 생물체의 유사한 RNA에도 적용될 수 있을 것으로 내다봤다. 이는 RNA 구조 앙상블을 변화시켜 세포 내 활성을 조절하는 새로운 방식의 신약 개발로 이어질 수 있다.

알-하시미 교수는 "기존 약물 개발은 '자물쇠와 열쇠' 방식에 기반했지만, 구조 앙상블을 고려하면 더 강력한 약물을 만들 수 있는 기회가 열릴 것"이라고 말했다. 그는 이어 "이 모델은 비암호화 RNA의 단일 염기 다형성과 관련된 유전 질환의 기전을 이해하는 데도 기여할 것"이라고 덧붙였다.