< 공동연구팀 단체사진 >
우리 대학 생명과학과 김호민 교수 연구팀과 국제 공동연구팀인 미국 워싱턴대학교 단백질디자인 연구소 (Institute for Protein Design, IPD) 닐 킹 교수 (Prof. Neil King) 연구팀은 컴퓨터기반 단백질디자인 기술을 활용하여 선천성면역을 활성화시키는 새로운 인공단백질을 디자인하고, 그들의 3차원 분자구조를 규명하는데 성공했다고 10일 밝혔다.
김호민 교수 연구팀과 Neil King 교수 연구팀은 컴퓨터 기반 단백질디자인 기술을 활용하여 선천성면역 수용체인 TLR3와 높은 친화도를 갖는 인공단백질을 개발했다. 또한, 초저온 투과전자현미경 (Cryo-EM) 분석을 통해 설계된 인공단백질이 TLR3와 결합하는 분자결합모드를 규명하였다. 특히, 자연계의 TLR3 작용제(dsRNA)와는 전혀 다른 구조를 가진 디자인된 인공단백질에 의해 선천성면역 수용체 TLR3을 효과적으로 활성화시킬 수 있음을 보인 첫 사례이다.
생명과학과 김호민 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이쳐 커뮤니케이션 (Nature Communications)'에 1월 31일 출판됐다. (논문명 : De novo design of protein minibinder agonists of TLR3)
< 그림 1. 컴퓨터 기반의 TLR3결합 인공단백질 디자인 과정 >
TLR3 (Toll-like Receptor 3)는 이중가닥 RNA (double-stranded RNA, dsRNA)를 인식하여 선천성 면역반응을 활성화하는 패턴 인식 수용체 (pattern recognition receptor)이다. 기존의 TLR3 작용제는 백신면역 증강제 (adjuvant) 및 항암면역치료제로 활용될 가능성이 있었으나, 화학적 불안정성, 면역 과활성화 위험, 균질한 대량제조의 어려움 등으로 인해 임상적 적용이 제한적이었다.
이에 연구팀은 컴퓨터 기반 단백질디자인 (computational protein design) 기술을 활용하여 TLR3과 결합하는 초소형 인공단백질 (minibinder)을 디자인하였다. 해당 인공단백질은 크기가 작고, 높은 안정성을 가지며, 지정한 TLR3의 특정 부위에만 특이적으로 결합할 수 있도록 디자인하였다. 이후 초저온 투과전자현미경 (Cryo-EM) 분석을 통해 설계된 인공단백질이 초기디자인 의도와 잘 부합되게 TLR3의 오목한 표면 (concave surface)에 결합하고 있음을 확인하였고, 이들의 분자상호작용을 규명하였다.
기존 dsRNA기반 작용제보다 더 정밀하게 TLR3 신호를 활성화할 수 있도록 Cryo-EM 구조를 통해 규명된 분자구조를 바탕으로 인공단백질을 이어 붙인 다중 결합(multivalent) 형태의 단백질을 추가적으로 개발하였고, TLR3 하위 신호인 NF-κB 신호를 활성화시킴을 확인하였다. 이를 통해 자연계에 존재하지 않은 디자인된 인공단백질에 의하여 선천성 면역반응을 효과적으로 조절할 수 있음을 확인하였다.
< 그림 2. Cryo-EM을 통한 TLR3/인공단백질 복합체의 분자구조 규명 >
이번 연구는 KAIST 연구진과 미국 워싱턴대학교 단백질디자인 연구소 연구진 간의 긴밀한 국제공동연구를 통해 이루어졌으며, 향후 면역 조절 인공단백질에 기반한 다양한 백신면역 증강제, 항암면역치료제 등의 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
< 공동연구 회의 사진 >
교신저자인 김호민 교수는 “인공지능기반 단백질디자인 연구는 2024년 노벨화학상 (데이비드 베이커교수, 단백질디자인 연구소)을 수상하며 큰 주목을 받고 있으며, 인공지능 기술의 발전에 힘입어 빠르게 성장하고 있는 첨단바이오 연구분야이다. 향후 백신, 신약, 진단키트, 산업용효소 등 다양한 바이오신소재 개발에 크게 기여할 수 있을 것이다. 이번 연구는 긴밀한 국제 공동연구를 통해 우수한 성과를 거둔 성공적 사례”라고 말했다.
한편 이번 연구는 IBS 바이오분자 및 세포구조연구단의 지원을 받아 수행되었다.
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연구 코로나바이러스 전염 메커니즘 규명
중증급성호흡기증후군(이하 SARS) 코로나바이러스와 같은 코로나 19(COVID-19)는 전 세계적 팬데믹으로 짧은 시간 안에 확산되었지만 왜 급격히 복제돼 빠르게 전염되는지 기전이 아직까지 규명되지 않았다. 우리 연구진이 코로나바이러스 핵심 효소 단백질(헬리케이스)의 복제과정이 급격히 촉진되어 전염되는 메커니즘을 밝혀내며 바이러스 백신 및 치료제 개발에 새로운 가능성을 제시했다. 우리 대학 생명과학과 이광록 교수 연구팀이 nsp13 단백질*은 두 가지 활성을 가지고 있어 시너지 효과를 내며, 이를 통해 SARS 코로나바이러스의 유전물질인 RNA 복제를 촉진한다는 기전을 규명했다고 17일 밝혔다. *nsp13 단백질: SARS 코로나바이러스의 헬리케이스로, 바이러스가 증식하는 데 필수적인 유전자 복제와 전사 과정에 중요한 효소이다. 헬리케이스는 마치 지퍼를 열고 닫는 것처럼 DNA나 RNA의 꼬인 구조를 풀어주는데, 유전정보를 읽거나 복제할 때 유전물질을 먼저 풀려야 하므로
2025-02-17 -
행사 KAIST, 케냐과학기술원 및 국제백신연구소와 협력협정 체결
우리 대학이 케냐과학기술원 이사회(의장 임마뉴엘 무티쟈) 및 국제백신연구소(사무총장 제롬 김, International Vaccine Institute, 이하 IVI)와 상호 협력을 위한 두 건의 양해각서(MOU)를 4일 체결했다. 케냐과학기술원(Kenya-AIST)은 우리 대학을 벤치마킹해 아프리카의 실리콘밸리라 불리는 콘자혁신도시(Konza Technopolis)에 건립 중인 과학기술 중심 고등교육기관이다. 우리 대학과 케냐과학기술원 이사회가 체결한 이날 업무협약을 토대로 2025년 케냐과학기술원 개교 후 성공적인 안착과 중장기 비전 달성을 위해 협력한다. 기후 위기, 디지털전환, 에너지전환 등 국제사회의 난제와 식량·물 위기, 산업화 등 케냐를 비롯한 글로벌 사우스(북반구 저위도나 남반구에 위치한 개발도상국과 신흥국)가 당면한 문제를 해결하기 위한 공동연구를 추진할 계획이다. 또한, 코로나 이후 확산된 비대면 수업을 활용한 공동 강의 및 지도
2024-06-04 -
행사 국제백신연구소(IVI)와 백신 연구 본격화
우리 대학이 23일 오전 대전 본원에서 국제백신연구소(사무총장 제롬 김, International Vaccine Institute 이하 IVI)와 글로벌 백신 연구 협력을 위한 MOU를 체결했다. 이번 MOU는 의과학 및 생명과학 분야에서 세계적인 연구 역량을 자랑하는 우리 대학과 백신 관련 국제적 연구 능력과 글로벌 네트워크를 보유한 IVI가 협력해 세계 보건 증진에 이바지해야 한다는 공감대를 바탕으로 추진됐다. 양 기관은 ▴백신 면역반응 분석 프로젝트 ▴글로벌 헬스 파트너와 공동 연구 ▴의학 및 생명과학 분야 연구 및 교육 강화 ▴개발도상국의 보건의료 및 백신 접근성 향상 등 크게 네 가지 분야에서 협력한다.특히, 백신 면역반응 분석 프로젝트를 위해 우리 대학이 축적한 인체 면역반응 분석 기술 플랫폼이 활용된다. 소위 살인진드기 바이러스로 불리는 중증열성혈소판감소증 증후군 바이러스 백신, 한타바이러스 백신, 아데노바이러스 백신 등 현재 IVI가 개발하고 있는 다양한
2023-11-23 -
연구 호흡기부터 강력 차단하는 코로나19 백신 개발
코로나바이러스감염증-19는 3년 4개월 만에 비상사태가 해제됐으나, 잦은 돌연변이로 인해 발생한 변이들이 계속해서 보고되고 있어 재유행이 시작될 가능성은 여전히 남아 있다. 이 변이들은 백신 접종이나 감염으로 인해 숙주가 획득한 기존의 면역반응을 회피하는 방향으로 진화하고 있다. 현재 시판되는 근육 접종 백신으로는 바이러스의 확산을 억제할 수 있는 점막 면역은 충분히 일으키기 어렵다는 한계가 있으므로 장기간 지속되는 강력한 점막 면역을 유도할 수 있는 백신의 필요성은 여전하다. 우리 대학 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀과 한국화학연구원(원장 이영국)은 아데노바이러스 벡터 플랫폼의 비강 접종 코로나19 백신을 개발하고 마우스 모델을 이용해 이 백신이 장기간 지속되는 강력한 점막 면역을 유도함을 규명했다고 29일 밝혔다. 점막 면역이란 면역 체계를 구성하는 요소 중에서도 호흡기, 소화기, 생식기관 등을 구성하는 체내 상피 조직인 점막에서 작용하는 면역을 말한다. 이는 체내와
2023-07-01 -
연구 항암 백신 찾는 ‘딥네오(DeepNeo)’ 개발
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2023-05-17