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인공지능으로 신규 항암 치료제 찾아냈다

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카이스트 연구팀, 임상에 적극 활용 기대

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 인공지능 기반 약물 가상 스크리닝 기술로 새로운 항암 치료제 발굴에 성공했다.

카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 생명과학과 김세윤 교수 연구팀이 ‘약물 가상 스크리닝 기술을 이용한 신규 항암 치료제 개발’에 성공했다고 12일 발표했다.

‘엠토르(mTOR)’라고 알려진 신호전달 단백질은 많은 암세포에서 활성이 비정상적으로 높아져 있으며 암뿐만 아니라 당뇨, 염증, 노화와 같은 다양한 질병에서 핵심 역할을 한다.

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약물 가상 스크리닝 기술을 이용한 로미타피드 항암효능 개발 과정. [사진=카이스트]

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암을 유발하는 다양한 신호전달 경로가 엠토르 단백질을 통해 매개되기 때문에 많은 제약사에서 항암 치료제 개발의 목적으로 엠토르 저해제 개발에 많은 투자를 하고 있다.

자가포식(autophagy, 오토파지)으로 알려진 생명 현상은 세포 내 엠토르 단백질에 의해 활성 조절이 정교하게 매개되는 것으로 잘 알려져 있다. 자가포식이란 ‘세포가 자기 살을 먹는다’는 의미이다. 영양분이 과도하게 부족하거나 세포 내외적 스트레스 조건에 처한 경우, 세포가 스스로 내부 구성물질들을 파괴해 활용함으로써 세포 내 항상성을 유지하는 일종의 방어기전이다.

이러한 자가포식 활성의 조절은 양날의 칼과 같이 작용하는 것으로 알려져 있다. 암, 당뇨와 같은 질환의 발생과 치료에 이용 가능하다고 주목받고 있다.

암세포에 과도하게 활성화돼있는 엠토르 단백질의 활성을 저해하면 자가포식을 증가시킬 수 있으며 이를 통해 암세포의 세포 사멸이 유도될 수 있다는 사실이 알려져 있다. 이를 바탕으로 자가포식 강화에 기반을 둔 항암제 약물의 개발전략이 제시되고 있다.

김세윤 교수 연구팀은 단백질의 3차원적 구조를 활용해 화합물과 표적 단백질 사이의 물리적 상호작용을 모델링하는 유효 결합 판별 기술에 기반을 둔 약물 재창출 전략으로 엠토르 억제성 항암제 개발 연구를 수행했다.

약물 재창출은 이미 안전성이 검증된 미 식품의약국(FDA) 승인 약물 또는 임상 진행 중인 약물군을 대상으로 새로운 적응증을 찾는 신약 개발 방식이다. 이 전략은 전통적으로 10년 이상 걸리던 신약 개발의 막대한 시간과 투자를 혁신적으로 단축할 수 있는 미래 시대 신약 개발전략이다.

연구팀은 FDA 승인 약물 또는 임상 시험 중인 약물에 기반을 둔 데이터베이스를 통해 3천391종의 약물 라이브러리를 활용했다. 3차 구조 모델링을 통한 유효 결합 판별 기술을 적용해 엠토르 활성 저해능력을 보이는 약물만 신속하게 스크리닝했다.

연구팀은 엠토르 단백질의 활성을 담당하는 효소 활성부위의 3차 구조 분석과 인공지능 기반 유효 결합 판별 기술을 도입해 후보 물질 발굴의 정확도와 예측도를 높이는 데 성공했다.

3차 구조를 타깃으로 약물 결합 분석 모듈을 도입해 가상 스크리닝의 정확도와 예측도를 높이는 데 성공했다. 이번 연구를 통해 개발된 기술의 가장 큰 특징은 타깃 단백질과 약물 간의 3차 구조 정보를 이용해 많은 양의 후보 성분들을 빠르고 정확하게 분석하고 결합 여부를 예측할 수 있는 것이다.

KAIST 생명과학과 이보아 박사, 박승주 박사는 현재 가족성 고콜레스테롤혈증(familial hypercholesterolemia) 치료제로서 임상에서 판매, 활용되고 있는 로미타피드(lomitapide) 약물의 엠토르 활성 억제 가능성을 예측했다.

연구팀은 생화학적, 세포 생물학적 분석을 통해 로미타피드에 의한 엠토르 효소활성의 억제효능을 검증하는 데 성공했다. 대장암, 피부암 등의 암세포에 로미타피드를 처리할 경우, 암세포의 엠토르 활성이 효과적으로 억제되고 이후 과도한 자가포식이 유도됨으로써 암세포 사멸효과가 발생함을 다각적으로 확인해 로미타피드의 항암 효능을 확립했다.

연구팀이 발굴한 로미타피드의 항암 효능 성과는 앞으로 엠토르 억제는 물론 자가포식 기반 항암제 개발, 임상적 활용에 적극 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구 결과(논문명 : Lomitapide, a cholesterol-lowering drug, is an anticancer agent that induces autophagic cell death via inhibiting mTOR)는 국제 학술지인 `세포 사멸과 질병(Cell Death & Disease)'에 지난 7월 12일 온라인에 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)


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