[사이언스] 암세포에서만 구조 변한다, 표적 치료 약물 개발!

유자형 UNIST 교수팀, 암세포 효소 표적해 암세포 리소좀 제거 전략
산성도(pH) 따라 활성 조절, 부작용 최소화… JACS Au 속표지 선정

특허뉴스 백소민 기자 | 기사입력 2022/11/17 [11:27]

[사이언스] 암세포에서만 구조 변한다, 표적 치료 약물 개발!

유자형 UNIST 교수팀, 암세포 효소 표적해 암세포 리소좀 제거 전략
산성도(pH) 따라 활성 조절, 부작용 최소화… JACS Au 속표지 선정

특허뉴스 백소민 기자 | 입력 : 2022/11/17 [11:27]

▲ pH 감응형 펩타이드의 세포 내 작용 기작: 암세포에 과발현된 탄산탈수효소를 표적으로 삼는 ‘pH 감응형 펩타이드’는 암세포 표면 세포막에서 그 농도가 증가한다. 이렇게 축적된 pH 감응형 펩타이드는 효소 주변에서 거대조립체가 되며, 효소에 의해 세포 내로 이입되며 리소좀에 축적된다. 이 물질은 리소좀의 산성도에 반응하면 거대조립체의 구조와 표면 전하가 변하고, 세포막에 직접 영향을 줘 세포 사멸을 유발한다.(그림/자료제공=UNIST)


암세포만 제거하는 표적 치료에 쓰일 새 약물이 나왔다. 이 약물은 암세포 내 리소좀을 표적으로 삼아 파괴하면서 암세포 사멸을 유도한다.

 

UNIST 화학과 유자형 교수팀은 ‘산성도(pH)에 의해 활성을 조절할 수 있는 약물’을 개발해 암을 고치는 전략을 발표했다. 이 약물은 세포 내 소기관인 리소좀의 산성도(pH)에 반응해 구조를 바꾸고, 리소좀을 파괴한다. 리소좀은 정상 세포나 암세포에 모두 존재하므로, 암세포만 골라 침투하는 방법을 추가해 부작용을 최소화했다.

 

새 약물은 중성(pH 7.4)에서 약하게 결합하고 표면에 음전하를 띠는 형태로 존재한다. 이때는 비활성 상태이므로 세포에 영향을 줄 수 없다. 반면, 이 약물이 약산성(pH 4.5) 환경에 놓이면 결합이 강해지고, 표면에 양전하를 띠면서 활성화된다. 산성도가 pH 4.5인 환경에서는 세포막을 파괴할 수 있는 능력이 생기는 것이다. 

 

연구진은 새 약물이 암세포만 잘 골라내도록 암세포의 세포막에서만 많이 발현되는 ‘탄산탈수효소(CAIX)’를 길잡이로 이용했다. 약물에 이 효소를 알아채는 분자를 붙인 것. 이 효소를 길잡이 삼은 약물은 암세포를 찾아내고 약물의 양이 증가해 자기조립을 이루면서 거대조립체가 된다. 

 

제1저자인 김도현 UNIST 화학과 석·박사통합과정 연구원은 “암세포에서만 과발현된 효소를 표적으로 삼으면 약물은 암세포만 골라서 침투하게 된다”며 “거대조립체가 된 약물은 세포막을 뚫고 암세포로 들어가 리소좀에 쌓인다”고 설명했다. 

 

리소좀은 세포 밖에서 들어온 온갖 물질을 모으고 처리하는 기관이다. 리소좀도 세포 활성을 위해 약산성(pH 4.5)으로 유지되므로, 거대구조체가 된 약물이 활성화되기 좋다. 암세포에 많은 효소를 따라 활성화된 약물이 리소좀 막을 파괴하면서 암세포도 사멸로 이끌게 되는 것이다.

 

유자형 교수는 “이번 연구를 통해 리소좀에 축적된 거대조립체가 활성화되면서 리소좀 막이 붕괴하고 세포 사멸을 유발하는 부분을 증명했다”며 “산성도(pH)에 의해 활성도가 조절되는 약물은 암세포 리소좀에 선택적으로 축적되므로 암세포만 제거하는 효과적인 항암 전략이 될 것”이라고 기대했다. 

 

이번 연구결과는 미국화학회에서 발행하는 국제학술지인 ‘미국화학회 골드지(JACS Au)’ 속표지 논문(supplementary cover)로 선정돼 출판됐다.(논문명: Spatiotemporal Self-Assembly of Peptide Amphiphiles by Carbonic Anhydrase IX-Targeting Induces Cancer-Lysosomal Membrane Disruption)

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