생명시스템학부 임준형 교수 연구팀이 근육 세포에서 특정 단백질을 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 표적 단백질 분해 기술을 개발했다. 이번 연구는 근감소증을 비롯한 근육 관련 난치성 질환 치료제 개발에 활용될 수 있는 플랫폼 기술로 주목된다.

연구팀에 따르면 최근 신약 개발 분야에서 질병을 유발하는 단백질의 기능을 억제하는 기존 방식에서 나아가 세포 내에서 직접 제거하는 표적 단백질 분해 기술이 차세대 치료 전략으로 주목받고 있다. 대표 기술인 프로탁(PROTAC)은 세포 내 유비퀴틴-프로테아좀 시스템(UPS, Ubiquitin-Proteasome System)을 이용해 표적 단백질을 선택적으로 분해하는 방식으로, 기존 저해제로 조절하기 어려웠던 단백질까지 표적으로 삼을 수 있다는 장점이 있다.

그러나 현재까지 개발된 대부분의 프로탁은 다양한 조직에 넓게 발현되는 일부 E3 리가제에 의존하고 있어, 특정 조직에서만 단백질을 분해하도록 조절하는 데 한계가 있다.

* E3 리가제: 프로탁 분자 안의 리간드와 결합해 표적 단백질에 분해 신호가 붙도록 돕는 효소. 리간드는 특정 단백질에 선택적으로 결합하는 분자를 의미한다. 

연구팀은 근육 세포에서 특이적으로 높게 발현되는 E3 리가제 KLHL41에 주목했다. KLHL41은 근육 세포의 증식, 분화, 유지에 관여하는 단백질로 알려져 있었지만, 프로탁 개발을 위한 E3 리가제로 활용된 사례는 없었다. 또 그 결정구조가 알려져 있지 않아 리간드 발굴에도 어려움이 있었다. 

연구팀은 AI 기반 가상 스크리닝과 화학생물학적 분석을 통해 KLHL41에 결합하는 새로운 리간드를 발굴하고, 이를 활용해 근육 세포에서 선택적으로 표적 단백질을 분해할 수 있는 프로탁 분자를 설계했다. 또한, 세포 실험과 동물 실험을 통해 이 기술이 근육 선택적 단백질 분해에 활용될 수 있다는 사실을 확인했다. 

이번 연구는 기존 프로탁 기술의 조직 선택성 한계를 극복하고, 근육 질환 치료제 개발을 위한 새로운 분자 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 임준형 교수는 "KLHL41 리간드가 근육 특이적 단백질 분해제를 설계하는 플랫폼으로 활용될 수 있음을 보여준 성과"라며 "향후 근육 질환 관련 단백질을 표적으로 하는 치료제 개발과 조직 선택적 표적 단백질 분해 기술 확장에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 

이번 연구는 강원대 박종민 교수, 서울대 이주용·박한검 교수 연구팀과의 공동 연구로 수행됐다. 연구 성과는 세계적 권위의 국제학술지 Nature Communications(IF 15.7, JCR 상위 7%)에 2026년 5월 게재됐다. 

논문명: Discovery of a KLHL41 Ligand for Muscle Specific Protein Degradation

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SM뉴스_26.05.27.