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단순 구조 변화로 인슐린 효용을 증가시켜

2017-01-06

최근 연구에 따르면 인슐린의 화학 구조를 살짝 변화시켜 인슐린의 기능은 유지하면서 더 빠르게 작용하도록 만들 수 있다고 한다. Journal of Biological Chemistry 에 게재된 이 연구에서 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션으로 먼저 효과를 예측한 다음 실험을 통해 이를 확인했다.

스위스, 미국, 호주의 연구원들로 구성된 해당 연구진은 인슐린의 구조 중 수소 원자(H) 한 개를 요오드 원자(I)로 대체함으로써 인슐린이 원래의 복잡한 구조에서 활성을 갖는 형태로 더 빨리 해체, 분비될 수 있음을 발견했다.

인슐린은 세포 내로 신호를 전달하여 혈당을 조절하는 작은 단백질이다. 우리의 몸에는 두 가지 형태의 인슐린이 존재하는데, 인슐린의 저장을 목적으로 하는 복잡한 구조와 인슐린 작용을 위한 단순한 구조의 형태이다. 저장형 인슐린은 hexamer(6량체)라 불리는 6개의 동일한 분자의 아연(Zn) 결합 복합체로 존재한다. 단순 구조의 활성형 인슐린은 결합되지 않은 단일 분자 또는 monomer(단량체)로 존재한다.

체내에서 혈당을 조절하기 위해 인슐린을 필요로 할 때 hexamer는 monomer로 분해된다. 분해된 인슐린 분자가 세포 표면의 인슐린 수용체에 결합하여 세포로 신호가 전달되면서 혈당이 조절된다. 많은 과학자들은 인슐린이 생성되지 않거나 체내에서 인슐린을 제대로 사용하지 못할 때 생기는 당뇨병의 치료를 위해 이 분해 과정을 제어하는 방법을 연구해왔다.

■ 단백질 공학(Protein Engineering)
많은 과학자들은 자연에 존재하지 않는 분자들로 질병을 극복하기 위한 새로운 방법을 찾고 탐구하는 데 다양한 접근법을 사용한다. 여기에는 자연적으로 존재하는 화합물의 합성체, 또는 유사체를 합성하는 방법도 포함된다.

단백질은 우리 몸에서 일어나는 화학작용에 깊이 관여하고 있으며, 단백질 공학(protein engineering)은 이러한 단백질의 구조와 기능을 컴퓨터 또는 실험을 통해 변화시키는 것을 말한다. 단백질 공학을 통해 촉망받는 응용 분야 중 하나는 여러 종류의 인플루엔자 바이러스로부터 사람들을 보호할 수 있는 디자이너 의약품(designer drugs) 개발이다.

이 연구에서 스위스 Basel 대학의 화학과 교수인 Markus Meuwly와 연구진은 천연 인슐린 분자 구조 중 개별 원자를 전략적으로 대체하여 다양한 인슐린 유사체를 가지고 실험했다.

■ 약용 화합물 최적화를 위한 접근법
인슐린과 관련된 인체 내부의 과정을 모델링하는 양자화학(Quantum chemistry) 및 분자역학(Molecular dynamics)을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 연구진은 위에서 언급된 유사체의 특성을 관찰할 수 있었다. 이후 컴퓨터 시뮬레이션에서 관찰된 특성을 결정학(Crystallography) 및 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance)과 같은 방법을 사용하여 실험을 통해 확인했다.

연구진은 수소 원자 하나를 요오드 원자로 교환하면 인슐린 수용체에 대한 친화력은 변화시키지 않으면서 인슐린의 가용성을 향상시킨다는 것을 발견했다. 천연 인슐린과 단 한 개의 원자 차이가 있는 이 인슐린 유사체는 신약으로서 개발될 수 있는 상당한 가능성이 있다고 여겨진다.

불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 및 요오드(I) 등으로 구성되는 할로겐 원소들은 의약화학(medicinal chemistry)에서 화합물을 최적화하기 위한 좋은 접근법이라고 연구진은 덧붙였다. 그들은 양자화학과 분자동력학에서 영감을 받은 이 접근법을 ‘할로겐 공학(Halogen Engineering)’으로 부르며 이러한 원리가 의약화학에서 단백질로 확대될 것이라고 말했다.


출처: MedicalNewsToday

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