[2022 UGRP 우수연구] MMP 선택적 저해 신약의 첫 걸음을 내딛다

2022 UGRP 학술 기사 주제는 ‘질환 표적으로서의 효소 활성 촉진 및 저해 전략을 위한 급속 조효소 결합의 제어 연구’로, 2022 UGRP 우수과제 우수상에 선정되었다. 이창훈 교수의 지도 하에 ▲강은호(`17) ▲김나영(`20) ▲김소혜(`20) ▲손혜림(`20) ▲윤지민(`20) ▲이경희(`20) 학생 6명이 본 연구에 참여했으며, DNA는 해당 연구팀의 ▲강은호 ▲윤지민 ▲손혜림 학생과 인터뷰를 진행했다.

 

Q. 팀소개를 부탁한다.

손혜림(이하 손): 우리는 DGIST의 바이오 분야 UGRP 팀 ‘두루딱딱이’이다. 두루두루 딱딱 맞는 신약을 개발하자는 취지에서 지은 순우리말 이름이다. 조원들은 약어로 두딱이라고도 불렀고 교수님은 DRT라는 약칭을 더 선호했다.

 

Q. 팀을 어떻게 구성했는지 궁금하다.

손, 윤지민(이하 윤): 손혜림 학생과 김나영 학생의 세포생물학 강의 과제 조에서 시작했다. 그 뒤에 윤지민 학생과 김소혜 학생, 이경희 학생을 영입하여 5명이 모였다. UGRP 지도교수님의 랩실에서 활동하던 학부생 연구원 강은호 학생을 마지막으로 총 6명의 조원이 모였다.

 

Q. 주제를 선정한 과정이 궁금하다.

윤: 지도교수님을 모시기 이전에는 주제 선정을 위해 아이디어를 공유하며 많은 시간을 보낸 결과, 신약 개발로 큰 틀이 정해졌다. 피부와 신약 관련 연구를 하고 계신 이창훈 교수님과 컨택하면서 구체적인 주제를 정했다.

 

손: 바이오 분야에서는 관련 장비를 구비하는 것이 중요하기 때문에 관심 분야의 지도 교수님 컨택을 먼저 했다. 이창훈 교수님께서 신약 관련 19년도 UGRP의 후속 연구를 하면 어떻겠냐고 추천하신 것이 주제 선정의 결정적 계기가 되었다. 또한 여러 종의 matrix metalloproteinases (이하 MMP) 중 무엇을 목표로 연구하는지에 따라 치료할 수 있는 질환이 다양한 것이 연구 주제로서 매력적이었다.

 

Q. 주제 선정 이후 결과 도출을 위해 연구를 설계하는 과정을 어떻게 진행했는지 궁금하다.

강은호(이하 강): 19년도에 동일한 주제인 MMP로 연구를 진행했던 적이 있다. MMP는 기질 금속 단백질 분해 효소라고도 불리며 구조가 비슷한 20여가지의 서로 다른 단백질 분해 효소로 작용한다. MMP들은 주로 세포 외 기질에 있는 단백질을 분해하며, 암 전이에 영향을 미치는 종류도 있다. 기존의 약은 여러 종류의 MMP를 한 번에 억제해서 부작용이 있었다. 그래서 한 종류의 MMP만을 억제하는 신약 개발을 목적으로 했다. 이번 연구의 핵심은 MMP 간의 구조 차이를 3D modeling으로 분석하고, MMP1과 MMP2에 특징적으로 결합하는 신약 개발이다.

신데렐라의 유리구두에 비유하자면, 발의 모양을 정확하게 특정해서 딱 맞는 유리구두(신약)를 개발하는 것이다. 단백질의 입체 구조와 염기 서열에 관한 방대한 데이터를 이용해 아미노산 서열로부터 단백질의 입체구조를 예측하는 방식인 homology modeling 기법을 활용하여 MMP에 딱 맞는 약물을 디자인했다.

 

Modeling 한 펩타이드를 표적 MMP 에 manual docking 한 모습 (a)KEH (b)LGH (c)KSH (d)KKJ <그래픽 = 두루딱딱이 (UGRP 팀) 제공>

 

Q. 연구를 하는 과정에서 어려웠던 점도 많았을 것 같다. 가장 힘들었던 점은 무엇이었는가?

손: 2월까지로 예정하였던 모델링 완성이 6월로 늦춰져서 실험에 할애할 시간이 부족했던 게 제일 아쉬웠던 부분이다. 특히 마지막 검증 단계의 실험 결과가 만족스럽지 않았고 예산상으로는 다시 실험할 수도 있었지만, 오로지 시간이 부족해 재실험 하지 못한 점이 아쉽다.

모델링 과정 자체도 힘들었다. 신약의 효능을 높이기 위해 입체적인 형태로 디자인해야 했는데, 이때 안정적인 입체구조를 디자인하는 게 쉽지 않았다. 프로그램을 다루는 것도 익숙치 않아 애를 먹었던 부분이다.

 

Q. 크게 4가지로 실험을 나눌 수 있는데, 각 실험의 시간을 어떻게 분배 했는지 알고 싶다.

손: 모델링 과정이 길어지는 바람에 MMP 합성과 모델링을 동시에 진행하였다. 6월에 모델링을 끝내고 조원들 각자가 개발한 신약후보 물질 중 가능성이 있는 상위 3개의 후보 물질의 제작을 의뢰했다. 이후 8월부터 신약의 효과를 검증하는 inhibition assay실험을 진행, 9월에는 분자 생물학 포스터 발표 학회에 참석했다.

 

Q. 대략적인 예산 분배가 궁금하다.

손, 윤: 기본 지급된 700만원과 추가 신청으로 지급받은 300만원을 더해, 총 1000만원의 예산을 사용할 수 있었다. UGRP 예산을 처음 제출할 때는 필수적인 학회비를 예산에서 먼저 빼고, 남는 비용을 실험 시약 비용으로 넣었다. 교수님과의 회의비도 받을 수 있지만, 대체로 실험 비용이 많이 발생되는 생물 분야라면 일단 실험 중심으로 예산을 편성하는 게 맞는 거 같았다.

 

Q. 가장 재미있었거나 좋았던 점

손: 우리 팀은 조원의 생일을 매번 축하해줬다. 제주도 학회에서도 생일을 축하하기 위해 레터링 케이크 매장을 급하게 찾아다닌 경험이 가장 기억에 남는다.

 

강, 윤: 조원 대부분이 처음에는 서로 모르는 사이였다. 그럼에도 1년 동안 안 싸우고 UGRP를 진행했던 게 인상 깊다. 가끔 의견이 충돌할 때 감정 싸움으로 번지지 않아 팀의 분위기가 좋게 유지될 수 있었다. 각자 특화된 분야로 역할을 분배한 뒤, 맡은 일을 책임감 있게 하면서도 팀 전체의 작업 과정을 모두가 이해하고 있었다는 점이 연구에 도움 되었다.

 

Q. 다시 UGRP를 진행한다면 수정하고 싶은 점이 있는가?

손: 시간이 부족했기에 예산이 나오기 전부터 모델링 작업을 시작했으면 좋았을 것 같다. 만나는 시간 외에 일하지 말자라는 원칙을 두어 UGRP를 진행해서 자료를 만드는 것도 항상 같이 모여서 만들었는데, 이게 학회 발표자료 제작에는 꽤 비효율적으로 다가왔던 것 같다. 이 점들 외에는 할 수 있는 선에서는 최선을 다했다.

 

윤, 손: 모든 조원이 전공 수업 출석을 중시하여서 학회 참석을 위한 비행기 표를 늦은 시간으로 예매했다. 학회 포스터 발표 시간까지 도착하지 못해, 미리 학회에 가 계시던 강은호 팀원이 혼자  발표를 진행했다. 만일 다시 돌아간다면, 한번 뿐인 학회를 선택했을 것이다.
 

Q. 앞으로 세포생물학 분야에서 UGRP를 진행할 학생들에게 조언 부탁한다.

손: 무조건 일찍 시작하라. UGRP를 통해 이루려는 목표가 다르면 팀 내에서 분열이 일어나기 쉽기 때문에 목표가 비슷한 사람과 UGRP 최종 목표에 대해 조율하기 위한 미팅을 많이 갖는 것이 중요하다. 교수님과 정기 미팅을 잡으면, 일의 진척을 만들고, 교수님에게 상황 업데이트를 할 수 있어서 좋다. 서로 생일을 챙겨주며 분위기를 환기하는 것도 좋은 것 같다. 그리고 생명 실험이 예산이 부족하기는 하지만, 실험을 너무 우선시해서 지원받을 수 있는 여름 방학 기숙사비를 놓치지는 않았으면 한다.

 

강: 생물 실험은 시간과 장소의 제약, 그리고 시료 오염의 위험이 많이 따른다. 세포 실험과 쥐 실험과 같이 고등한 생물을 이용하는 실험일수록 실험 실패 시 만회가 어려울 수 있다. 쥐 실험은 실험동물센터의 교육을 받는 것이 필수적이며 UGRP 전에 실험 경험을 쌓는 것을 적극 추천한다.

윤, 손: 팀원들끼리 활발하게 소통함으로써 지금까지의 진행 상황을 명확하게 이해하는 것이 정말 중요하다. Onedrive 공유와 Microsoft의 Teams를 사용해 같이 작업할 수 있는 환경을 조성하는 것을 추천한다. 다양한 교수님과 컨택하며 주제를 조율하고, 이를 통해 UGRP 진행 과정에서 조언을 얻을 수 있는 지도 교수님을 정하는 것이 중요하다. 주제를 정하는 것이 막막하다면 과거 UGRP 주제를 찾아보거나, 오픈랩을 이용해 전공 교수들의 연구 주제들을 둘러봐라. 감을 잡기 편할 것이다.

 

강: 만약 하고 싶은 주제가 명확하고, 이 연구실에 진학하려는 의지 있으면 UGRP로 미리 시작하면 좋다. 랩실에서 주제를 깊게 다루고 있는 조원이 있으면 교수님과의 의견 조율이나 실험실 장비 측면에서 편하다는 장점이 있다. 그러니 재밌어 보이는 주제를 다루고 있는 사람이 있는지 먼저 찾아보는 건 어떨까?

 

Q. 분야와 무관하게 앞으로 UGRP를 진행할 학생들에게 조언 부탁한다.

강, 윤: 팀은 미리 짜는 것을 추천하고, 너무 친한 사람들끼리 보단 적당히 어색한 사이에서 서로 알아가며 꾸리는 것이 좋을 것 같다. 팀 내에서는 연애를 하지 않는 것을 추천한다. 주제랑 관련 있는 심화 전공은 미리 들어 두거나 같이 들으면 훨씬 편하다.

 

김선민 기자 sunmin.kim@dgist.ac.kr

김신지 기자 sjneuroneurony@dgist.ac.kr