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최선 교수 연구팀, 뇌세포 속 우체국 ‘골지체’ 작동시키는 핵심 이온채널 밝혀 최선 약학과 / 글로벌 AI 신약개발 연구센터 세포 내 단백질 변형·운송 담당하는 골지체의 양이온 채널 규명 손상 시 기억력 감퇴...인지장애 등 뇌질환에 대한 새로운 치료 표적 제시 세계적 권위 학술지 게재 약학대학 약학과/글로벌 AI 신약개발 연구센터 최선 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS) 이창준 단장, 김호민 교수(KAIST 생명과학과) 공동연구진과 함께 세포 내 단백질의 변형과 운송을 담당하는 ‘골지체’의 형태유지와 기능에 핵심적인 이온채널의 작동 메커니즘을 규명했다. 또한, 뇌세포 골지체의 이온채널 손상과 인지장애와의 관계를 밝혀 뇌질환에 대한 새로운 치료 표적을 제시했다. 골지체(Golgi apparatus)는 세포에서 우체국 역할을 수행하는 세포 소기관으로서, 소포체로부터 합성된 지질과 단백질등을 받아들여 가공·변형시키고 다른 세포 소기관과 세포 외부로 운송한다. 골지체의 형태 유지와 기능을 위해서는 이온채널에 의해 내부가 약산성(pH 6.0-6.7)으로 유지되는 것이 중요한데, 이온채널의 이상은 골지체의 구조적 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 인지 장애를 동반한 알츠하이머병에서 흔히 발견되지만 골지체 구조와 인지장애 사이의 관계는 명확하지 않았다. 연구진은 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 이용해 고해상도의 골프켓 3차원 분자구조를 규명했으며, 전기생리학 실험과 분자동역학 모델링 실험을 통해 이온의 이동경로를 제시하고 골프캣이 세포막 통과 단백질의 전압 변환에 따라 통로가 열리는 전압 의존성 채널임을 밝혔다. 골프캣은 세포 외부에서 세포막으로 이어지는 내강 도메인(extracellular/luminal domain, ELD)과 7개의 세포막 관통 나선을 가진 막 관통 도메인(transmembrane domain, TMD)의 구조로 이루어졌으며, 막 관통 도메인의 중앙에는 공동(空洞)을 가지고 있다. 공동은 골지막에서 유래한 포스파티딜에탄올아민(phosphatidylethanolamine, PE; 세포막의 중요한 구성성분 인지질)의 지방산 사슬에 의해 물리적으로 차단되어 이온이 통과되지 않는다. 그러나 전압이 가해지면 전압 감응센서 역할을 하는 막 관통 도메인의 세 번째 나선이 활성화돼 개방된다. 이때 골프캣의 깔때기 모양 내강 안쪽에 분포해 있는 음전하를 띈 잔기가 나트륨(Na⁺), 칼륨(K⁺), 세슘(Cs⁺) 등 양전하 이온을 내부로 끌어들인다. 이렇게 골프캣은 양이온이 이동하는 통로가 되며, 음이온 채널과 함께 골지체의 막전압을 적절히 조절해 내부 산도(酸度, acidity) 등 항상성 유지에 기여한다. 골프캣(GolpHCat; TMEM87A) 분자구조와 양이온 선택적 이온전달경로, 내인성 인지질(PE) 결합경로 및 전압감응채널개폐 메커니즘 규명 연구에 대한 모식도 또한, 연구진은 골프캣 손상에 따른 생물학적 기능 변화를 확인하기 위해 골프캣 유전자가 결손된 생쥐의 뇌세포를 관찰했고, 골지체가 파편으로 나뉘거나 부어오르는 등 비정상적인 구조 변화를 확인했다. 구조 변화는 골지체의 주요 기능 중 하나인 단백질 글리코실화(Glycosylation; 아미노산에 당이 결합하는 현상) 작용을 방해하고 결국 생쥐의 학습 및 기억력 손상으로 이어졌다. 이러한 결과는 골프캣이 인지 기능에 중요한 역할을 한다는 것을 의미하며 골프캣을 표적으로 하는 새로운 인지장애의 치료 가능성을 시사한다. 본 연구는 슈퍼컴퓨터를 활용한 분자모델링과 신경생물학, 구조생물학, 글리코믹스(당질체학) 등 첨단바이오 분야의 기술이 융합된 연구의 결과이며 학문 간 장벽을 허물고 협력해 우수한 성과를 거둔 성공적 사례로서, 과학기술정보통신부·한국연구재단의 바이오·의료기술개발사업(인공지능 활용 혁신신약 발굴사업), 선도연구센터 지원사업(MRC), 해외우수과학자유치사업 및 한국과학기술정보연구원(KISTI) 국가슈퍼컴퓨팅센터 R&D 혁신지원프로그램의 지원을 받아 본교 약학과 최선 교수(공동교신저자)와 ‘글로벌 AI 신약개발 연구센터’ 연구교수 Aihua Zhang 박사(공동제1저자), Miguel A. Maria-Solano 박사(공저자)가 참여하여 수행했고, 세계적 권위 국제학술지인 에 7월 11일 온라인 게재됐다. (왼쪽부터) 최선 약학과 교수, Aihua Zhang 연구교수, Miguel Angel Maria-Solano 연구교수 * 논문명 : 「GolpHCat (TMEM87A), a unique voltage-dependent cation channel in Golgi apparatus, contributes to Golgi-pH maintenance and hippocampus-dependent memory (DOI : 10.1038/s41467-024-49297-8)」 출처 : 이화뉴스 http://www.ewha.ac.kr/ewha/research/results.do?mode=view&articleNo=349524
- 작성자약학대학 관리자
- 작성일2024.08.19
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김광명 교수 연구팀, Advanced Functional Materials 학술지 게재 이화여대 약학대학 김광명 교수 연구팀이 최소 침습 종양 이식형 마이크로 LED 소자와 카텝신 B 특이적 광역학-화학항암제 전구체 나노 약물의 전달을 응용한 국소 뇌종양 항암 복합 치료를 진행하는 연구를 수행하였다. 본 연구 결과는 국제 학술지인 Advanced Functional Materials (Impact factor: 18.5 / JCR ranking 상위 4.1%)에 2024년 6월 온라인 게재되었다 (2316386). 광역학 기반의 복합 항암 치료 기술은 뇌종양에 대해 우수한 효능을 나타내는 것으로 알려져 있으나, 두개골로 인하여 광전달에 한계가 존재, 그 효과가 매우 제한적이다. 본 연구에서는 새로운 형태의 최소 침습 종양 이식형 마이크로 LED 소자를 개발하여 뇌종양에 효과적으로 빛을 전달하고자 하였으며, 종양 과발현 cathepsin B 특이적 광역학-화학 항암제 전구체 나노입자와 함께 응용하여 뇌종양 치료 효능을 극대화하고자 하였다. 개발된 마이크로 LED 소자는 두개골 안쪽의 뇌종양 심부에 최소 침습적으로 이식되어 종양 조직 전체에 빛을 균일하게 조사할 수 있도록 설계되었으며, 항암제 전구체 나노입자는 cathepsin B 과발현 뇌종양에 광감각제와 화학항암제를 특이적으로 전달할 수 있었다. 뇌종양 이식 랫드 모델에서, 항암제 전구체 나노입자는 높은 종양 축적률을 나타내었으며, 종양 심부에 이식된 마이크로 LED 소자에 감응하여 높은 치료 효과를 나타내었다. 또한, 항암제 전구체 나노입자의 종양 특이적 활성화 및 마이크로 LED 소자에 의한 종양 국소 광전달에 의해 전신 독성이 크게 완화됨을 확인하였다. 본 연구를 통해 종양 이식형 소자 및 종양 특이적 나노항암제를 이용, 뇌혈관장벽 및 두개골의 존재로 인하여 치료가 제한적인 뇌종양의 최소 침습적 치료를 진행할 효과적인 수단을 마련하였으며, 다양한 암종에 대한 국소적인 치료 효능을 극대화하고 주변 조직의 부작용을 완화하는 기반 기술을 확보하였다.
- 작성자약학대학
- 작성일2024.07.17
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- 작성자약학대학
- 작성일2024.05.28
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김광명 교수 연구팀, Acta Pharmaceutica Sinica B학술지 게재 면역항암제는 암 치료 분야에서 중요한 발전을 이루고 있으며, 그 중에서도 면역관문억제제는 암세포가 면역 체계의 공격을 회피하는 능력을 차단하는 데 중요한 역할을 한다. 하지만, 이러한 치료제들이 직면한 주요 문제 중 하나는 암세포 표면의 표적 면역 단백질이 빠르게 회복되어 내성을 발달시킨다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 김광명 교수님 연구팀은 면역관문억제 펩타이드로 표면이 개질된 새로운 형태의 리포좀을 개발했다고 밝혔다. 이 리포좀은 암세포 표면의 면역관문단백질과 다가결합이 가능하며, 자외선에 의해 경화되어 기존 리포좀의 낮은 체내 안정성 문제에 대해 획기적인 개선을 이루었다. 이번 연구 결과는 2024년 3월, 저명한 학술지 Acta Pharmaceutica Sinica B 14권에 게재되었으며, 종양을 가진 동물 모델에서 이 리포좀의 효과를 입증했다. 연구 결과에 따르면, 개발된 리포좀은 암세포 표면의 면역관문단백질을 기존 면역관문억제제보다 더 효과적으로 저해하였고, 특히 그 회복성이 현저히 감소하였음을 확인할 수 있었다. 또한, 암 조직에서 면역 활성이 향상되었다는 점에서 이는 면역항암제의 단점을 개선하고 새로운 치료 가능성을 열어줄 수 있는 중요한 발견이다. 이 연구는 면역항암 치료 분야에서의 큰 진전을 의미한다. 기존의 치료법들이 직면했던 한계를 넘어서면서, 암 환자들에게 더욱 효과적이고 지속 가능한 치료 옵션을 제공할 수 있게 되었다. 김광명 교수님 연구팀의 혁신적인 접근 방식은 향후 리포좀 기반 면역관문억제제의 개발에 새로운 방향을 제시하며, 면역항암 치료의 새로운 지평을 열고 있다.
- 작성자약학대학
- 작성일2024.03.08
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- 작성자약학대학
- 작성일2024.02.07
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- 작성자약학대학
- 작성일2024.02.07
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- 작성자약학대학
- 작성일2023.11.09
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김광명 교수 연구팀, Small 학술지 게재 이화여대 약학대학 김광명 교수 연구팀이 광역학 요법을 위한 방열 가이드가 있는 열 관리와 주입 가능한 광전자 프로브 개발 연구를 진행하였다. 본 연구 결과는 국제 학술지인 Small (Impact factor: 15.153 / JCR ranking 상위 9.78%) 2023년 4월에 게재되었다. 마이크로/나노 크기의 부품으로 이루어진 최근의 전자소자는 작은 크기로 높은 효율과 뛰어난 성능을 보여주지만, 이러한 장치들은 몇 가지 치명적인 문제점을 드러내고 있다. 특히, 생체 집적소자와 같이 한정된 작은 면적에 고밀도로 집적된 수많은 부품에서 발생하는 고립열은 소자의 성능 및 수명과 밀접한 관련이 있기 때문에 시급히 해결해야 할 문제이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 주입 가능한 방열 가이드에 마이크로 스케일의 발광 다이오드(µLED) 기반 신경 프로브를 도입하였다. 방열 가이드는 열전도율이 높은 질화붕소(BN) 나노소재로 제작하였다. 열 관리는 질화붕소가 효과적으로 열을 발산하는 μLED의 광 출력 성능을 눈에 띄게 향상시키고 LED의 향상된 광원이 열 손상 없이 뇌 조직을 통해 전달될 수 있도록 합니다. 또한, 마우스 암세포의 광역학 요법의 치료 효과에서 현저한 개선을 보여줍니다. 약물 담체를 사용하지 않는 자가조립성 전구체 나노 항암제는 항암 치료 분야에서 그 잠재성이 높은 치료 방식으로 평가되고 있다. 전구체 나노 항암제는 종양 부위에서 발현되는 미세 환경에 특이적으로 반응하여 활성화되며, 이로 인하여 종양 표적화 및 항암제 치료 효능을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 서열을 가지는 5 가지 카텝신 B 특이적 펩타이드를 항암제인 독소루비신에 화학적으로 결합하여 서로 다른 화학적 구조를 가지는 카텝신 B 특이적 항암제 전구체를 합성하였다. 합성된 항암제 전구체들은 분자 간 소수성 작용 및 pi-pi 상호작용을 통하여 자발적으로 나노 입자를 형성하였다. 형성된 항암제 전구체 나노 약물들은 그 화학적 구조에 따라 서로 다른 입자 크기, 분산 안정성, 체내 안정성 및 약동학적 특성을 나타내었다. 이에 따라 5 종의 항암제 전구체 나노 약물을 체외 및 체내 조건에서 그 약동학 특성 및 체내 부작용성, 치료 효능 등을 평가하였으며, 최종적으로 가장 우수한 특성 및 효능을 나타내는 항암제 전구체 나노 약물을 특정하였다. 본 연구를 통해, 전구체 약물의 화학적 구조에 따라 항암제 전구체 나노 약물의 특성이 변화할 수 있음을 확인하였으며, 우수한 효능 및 약동학 특성을 가지는 항암제 전구체의 최적 화학 구조를 설계할 수 있었다.
- 작성자약학대학 관리자
- 작성일2023.06.27
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- 작성자약학대학 관리자
- 작성일2023.06.27
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- 작성자약학대학
- 작성일2023.06.20
- 조회수1554
