최선 교수 연구팀, 슈퍼컴퓨터를 활용한 분자모델링과 융합연구로 신약개발을 열어가다
최 선 (sunchoi@ewha.ac.kr; http://caddsc.ewha.ac.kr/)
약학과, 글로벌 AI 신약개발 연구센터 소장
간암 세포 생존에 필요한 영양분인 ‘아르지닌(arginine)’과 표적단백질 ‘TM4SF5’의 결합 메커니즘을 규명하고,
아르지닌 이동을 차단하여 간암 세포를 굶겨 죽이는 새로운 기술을 개발
세계 최정상급 학술지 ‘셀 메타볼리즘(Cell Metabolism)’ 게재 및 우수성과 선정
약학과 최선 교수 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 활용한 분자모델링 연구를 통해 국내 공동연구팀과 수행한 ‘TM4SF5 막 단백질의 아르지닌 센싱을 통한 mTORC1 신호전달(Transmembrane 4 L Six Family Member 5 Senses Arginine for mTORC1 Signaling)’ 연구 결과가 세계 최정상급 학술지인 ‘셀 메타볼리즘(Cell Metabolism; IF 22.415)’에 게재되었다.
최근 임상연구에 따르면 간암 세포는 아미노산의 일종인 '아르지닌'을 세포질 내로 이동해 세포의 증식과 생존에 중요하게 활용하는 것으로 나타났다. 이에 아르지닌을 분해하기 위한 임상 치료가 시도되었으며, 라이소좀 내부에 존재하는 아르지닌 수준을 인지하고 세포질로 이동하게 하는 아르지닌 센서(sensor)를 규명하는 것이 많은 연구자들의 숙제로 남아있다.
본 연구팀은 내성이 동반되는 등 한계를 지닌 아르지닌 분해 보다는 아르지닌이 세포질 내부로의 이동을 저해하는 것을 목표로 연구를 진행했다. 연구를 통해 막 단백질(membrane protein)인 'TM4SF5'가 간암 세포 외부 및 라이소좀 내부의 아르지닌 수준에 따라 세포막과 라이소좀막 사이를 왕래하며, 라이소좀막에서 단백질 합성에 중요한 신호전달 인자인 'S6K1'을 활성화함을 밝혔다. 나아가 'TM4SF5'를 생리적으로 역할 가능한 새로운 라이소좀 내부의 아르지닌 센서로 정의내렸다. 특히, 그 동안 개발해온 TM4SF5 억제 화합물(TSAHC)을 이용하면 TM4SF5와 아르지닌의 결합을 저해하고, 단백질 합성 신호전달을 방해해 간암 세포 증식을 차단할 수 있음을 분자모델링 및 생화학적 기법을 활용한 융합연구를 통해 확인했다.
연구팀은 "이번 연구는 간암 세포 생존에 필수적인 아미노산의 감지 및 이동을 차단하는 기술을 통해 간암 치료의 표적을 제공하고 약물 개발의 단서를 제시했다는 점에서 의의가 크다"고 밝혔다.
이번 연구는 본교 최선 교수(공동교신저자)와 Stephani Joy Y. Macalino 석박사통합과정 학생, 최명화 박사후 연구원이 참여하고, 서울대 이정원 교수팀과 공동으로 수행했으며, 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터(MRC))과 글로벌프런티어 사업 및 한국과학기술정보연구원 국가슈퍼컴퓨팅센터 R&D 혁신지원 프로그램의 지원으로 수행되었다.
최교수는 분자모델링을 이용한 생물물리학적 방법을 의약학 분야에 도입한 혁신적인 연구와 표적단백질 3차원 구조 및 다이내믹스, 멀티스케일 시뮬레이션, 작용기전 연구를 기반으로 한 저해제 개발 연구 등으로 100편 이상의 국제 SCI급 논문을 게재하고, 다수의 국내외 특허 출원·등록 및 신약개발 산업체 기술이전을 한 바 있으며, 최근 본교에 설립된 ‘글로벌 AI 신약개발 연구센터’의 센터장으로서, 빅데이터와 인공지능(AI)을 활용하여 활발한 후속연구를 추진해 나가고 있다.
최선 교수는 이러한 학문적 성과를 바탕으로 제52회 과학의 날 ‘대통령 표창’(2019), 대한약학회 녹암학술상(2019), 중국 북경대 Pharmaron Lectureship Award(2018), 천문우 의약화학 학술상(2019, 2020)을 수상했고 중국 선전(Shenzhen, 深圳)시 PengCheng Scholar(2019), 이화여자대학교 연구실적 최우수 교수(2020)로 선정된 바 있다. 또한 한국단백질학회 회장(2018~2019), 대한약학회 약품화학분과학회 회장(2020~), 한국생명정보학회 부회장(2017~), 한국분자·세포생물학회 부회장(2020), 한국유기합성학회 부회장(2019), 과학기술정보통신부 국가초고성능컴퓨팅위원회 민간위원(2019~)을 역임했으며, 최고의 학술출판사 중 하나인 네이처 퍼블리싱 그룹이 발간하는 저널을 비롯, 다수의 저널에서 편집·자문위원으로 활동 중이다.