AI, '난공불락' GPCR 정복…미니단백질로 세포 수용체 제어

인공지능(AI)을 이용해 G단백질 결합 수용체(GPCR)의 신호 전달을 정밀하게 조절하는 '미니단백질'을 설계하는 데 세계 최초로 성공했다.

미국 워싱턴대학교 의과대학 단백질 디자인 연구소와 스케이프 바이오(Skape Bio) 공동 연구진은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 '네이처'에 21일(현지시간) 게재했다고 밝혔다.

GPCR은 세포막에 존재하며 시각, 후각부터 아드레날린, 인슐린 등 호르몬 감지까지 우리 몸의 거의 모든 생리적 과정에 관여하는 핵심 수용체다. 하지만 신호 전달 스위치가 깊고 유연한 주머니 구조 안에 있어 기존 약물로는 표적하기 어려운 '난공불락' 타깃으로 여겨져 왔다.

연구팀은 AI를 활용해 이 접근하기 어려운 부위에 정확히 들어맞는 100개 미만의 아미노산으로 구성된 '미니단백질'을 설계했다. 이 미니단백질은 특정 활성 또는 비활성 상태의 수용체를 표적해 GPCR 신호를 켜거나 끌 수 있다.

설계된 미니단백질은 쥐를 이용한 동물실험에서 기존에 임상적으로 사용되는 약물과 비슷한 수준의 효과를 보이면서도 부작용은 더 적은 것으로 나타났다. 구조 분석 결과, 여러 미니단백질이 컴퓨터 디자인 모델과 거의 일치하는 것으로 확인됐다.

논문의 제1 저자인 에딘 무라츠파히치 박사는 "컴퓨터로 설계된 미니단백질이 단순히 결합하는 것을 넘어 살아있는 세포에서 GPCR 신호를 실제로 제어하는 것을 본 것은 결정적인 순간이었다"고 말했다.

이번 연구는 단백질 디자인 연구소의 데이비드 베이커 교수가 공동 창업한 스케이프 바이오를 통해 상업화가 진행 중이다. 스케이프 바이오는 대사, 염증, 신경계 질환 등 기존 약물로 접근이 어려웠던 GPCR을 표적으로 신약을 개발하고 있다.

스케이프 바이오 공동창업자인 크리스토퍼 논은 "이번 연구에서 공유된 방법들은 모든 GPCR에 대한 단백질 리간드의 완전한 전산 설계를 위한 청사진을 제시한다"며 "이 기술을 통해 이전에는 치료제가 없었던 다양한 질병의 환자들에게 치료법을 제공할 것"이라고 밝혔다.