생명정보공학과 이규도 교수 연구팀, 축회전으로 아밀로이드 응집 경로 선택적 제어 플랫폼 개발

 

▲ (왼쪽부터) 고려대학교 생명정보공학과 노석범, 송은지 대학원생, 이규도 교수

□ 고려대학교 생명정보공학과 이규도 교수 연구팀이 축회전(axial rotation)의 회전 속도를 조절해 아밀로이드 단백질의 응집 경로를 선택적으로 제어하는 기술을 개발했다. 고려대학교 노석범·송은지 대학원생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 Small에 2026년 8월 게재됐으며, ‘한빛사’ 등재되었다.

□ 아밀로이드(amyloid)는 단백질이 비정상적으로 접히고 응집해 형성되는 구조로, 알츠하이머병과 파킨슨병 등 여러 단백질 응집 질환과 관련돼 있다. 아밀로이드 응집 과정에서 형성되는 올리고머는 중요한 중간 구조지만, 구조적으로 불안정하고 빠르게 섬유로 성장하기 때문에 재현성 있게 확보하기 어렵다는 한계가 있었다.

□ 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 단백질 용액이 담긴 튜브를 길이축을 중심으로 지속적으로 회전시키는 열 축회전 장치를 이용했다. 모델 단백질인 hen egg-white lysozyme(HEWL)을 60℃에서 서로 다른 회전 속도로 처리하고, RPM 변화에 따른 아밀로이드 응집 구조를 분석했다.

□ 그 결과, 0∼350 RPM에서는 긴 아밀로이드 섬유가 우세하게 형성된 반면, 350∼600 RPM에서는 섬유와 올리고머가 공존하는 전이 상태가 나타났으며, 600 RPM 이상에서는 섬유 성장이 크게 억제되고 구형의 올리고머가 풍부한 상태가 형성됐다.

□ 연구팀은 ThT와 ANS 형광분석, 원편광 이색성 분광법(CD), 원자힘현미경(AFM) 등을 통해 이러한 구조 전환을 확인했다. 특히 AFM 분석에서는 낮은 RPM에서 마이크로미터 길이의 섬유가 관찰된 반면, 600과 900 RPM에서는 긴 섬유가 대부분 사라지고 균일하게 분포된 나노 크기의 구형 입자가 우세하게 나타났다.

□ 연구팀은 이러한 현상이 단순한 응집 억제가 아니라, 회전 속도에 의해 공기-물 계면과 튜브 벽면 유동 등 단백질이 경험하는 물리적 환경이 달라지면서 아밀로이드가 선택하는 조립 경로 자체가 변화한 결과라고 설명했다.

□ 서로 다른 회전 조건에서 만들어진 아밀로이드 구조는 이후의 응집 과정에서도 서로 다른 특성을 나타냈다. 올리고머가 우세한 구조와 섬유가 포함된 구조를 새로운 단량체와 혼합해 응집 속도를 분석한 결과, 초기 응집과 이후 섬유 증폭 과정에서 서로 다른 동역학적 거동이 관찰됐다.

□ 또한 신경모세포종 세포주인 SH-SY5Y를 이용한 분석에서 고RPM 조건에서 생성된 올리고머 우세 아밀로이드는 낮은 RPM에서 형성된 구조와 구별되는 세포 반응을 나타냈다. 특히 세포 대사활성, LDH 방출, F-actin 세포골격 및 핵 형태에서 회전 조건에 따른 차이가 확인됐다.

□ 이번 연구는 기존의 기계적 교반을 단순한 아밀로이드 응집 촉진 요소로 이용하는 것을 넘어, 회전 속도를 프로그래밍 가능한 물리적 변수로 활용해 아밀로이드 응집 경로를 선택적으로 조절할 수 있음을 보여줬다는 점에서 의미가 있다. 개발된 플랫폼은 향후 아밀로이드의 구조·응집 동역학·세포 반응 간 관계를 연구하고, 다양한 질환 관련 아밀로이드 단백질의 올리고머 상태를 분석하는 연구 플랫폼으로 활용될 수 있다.

□ 이번 연구는 한국연구재단, 보건복지부 및 과학기술정보통신부의 정보통신 방송혁신 인재양성사업(ITRC)의 지원을 받아 수행되었다.

 

※ 논문명: Mechanochemically Programmed, Oligomer-Selective Amyloid Assembly via Axial Rotation

※ 학술지: Small (IF: 11.8)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/smll.75467