융합연구 통해 생체막 단백질 움직임 하나의 분자 수준에서 규명

▲ 수상자 윤태영 서울대 교수.

[한국대학신문 김정현 기자] 미래창조과학부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 7월 수상자로 서울대 윤태영 교수(생명과학부)를 선정했다.

미래부와 한국연구재단은 19일 윤태영 교수가 생체막 단백질의 기능을 1개의 분자 수준에서 규명할 수 있는 생물물리학적 기법을 개발하여 생명과학 연구의 지평을 넓힌 점을 높이 평가해 상을 수상한다고 밝혔다.

생체막 단백질은 세포 외부를 둘러싼 막(껍질)에 존재하는 단백질이다. 세포 내외로 드나드는 정보의 흐름을 관할하는 중요한 역할을 수행하기 때문에 신약개발의 주요 표적이 돼 왔다.

윤 교수는 전기·물리·생물 분야 융합연구를 통해 단 하나의 분자 수준에서 생체막 단백질의 기능과 구조형성 원리를 규명할 수 있는 ‘단분자 자기집게 기술’과 ‘단분자 면역침강 기법’을 개발했다.

▲ 생체막 단백질의 단분자 집게 실험 모식도(왼쪽)과 단분자 집게 실험을 통한 생체막 단백질의 접힘 에너지 지형도(오른쪽). 윤태영 교수는 단일 분자의 GlpG 막 단백질을 이중 지질막 환경에서 힘을 가해 풀림 및 접힘을 관찰하여 단백질이 3차 구조에서 1차 구조로 풀릴 때 거치게 되는 중간상태를 아미노산 한 개 단위의 오차로 관측했다.(사진=미래부)

단분자 자기집게 기술(single-molecule magnetic tweezer)은 단일 분자 수준에서 자기장에 의한 힘을 분자에게 전달해 그 힘에 분자가 어떻게 반응하는지를 보는 기술이다. 생체막 단백질에 2개의 DNA 핸들을 부착하여 자기장 힘을 전달·이용하는 것이 원리다.

구조를 파악하는 기존의 연구를 넘어 생체막 단백질의 구조와 기능을 직접 조절할 수 있다. 이를 통해 생체막 단백질의 구조와 기능의 관계를 규명함으로써 다양한 질병의 치료방법을 개발할 수 있다.

▲ 윤태영 교수는 단분자 형광 이미징(왼쪽) 및 자기 집게(오른쪽)를 응용하여 세포막 상의 스네어 복합체가 개별 단백질들로 분해되는 과정을 실시간으로 관찰하는 방법을 개발하였다. (사진=미래부)

단분자 면역침강 기법(single-molecule co-immunoprecipitation)은 단백질 간 상호작용을 연구하기 위해 기존부터 쓰이던 면역침강 기법에 단분자 형광 이미징 기술을 적용한 신기술이다. 

대부분 단백질 연구에서 거쳐야하는 별도의 정제과정 없이 단백질 간에 이루어지는 매우 약한 상호작용까지 측정할 수 있는 기법이다.

윤 교수는 “생물학·의학적으로 중요한 막 단백질을 역학적으로 연구할 수 있는 새로운 생물물리학적 방법이 제시된 데 의미가 있다”며 “생물 현상의 이해를 넓히고 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환과 암 등의 치료연구에 적용될 수 있을 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

한편 ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정, 미래부 장관상과 상금 1000만원을 수여한다.

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