노영훈 교수팀, 새로운 핵산기반 나노전달체 개발

핵산약물기반 나노전달체를 통한 치료제 개발 가능성 제시

‘앙게반테 케미’ 논문표지 장식 및 Hot Paper로 선정

RNA 간섭(RNA interference, RNAi)이란 핵산 분자가 그와 상보적인 염기서열을 지닌 전령 RNA(mRNA)와 결합 후 분해를 유도해 특정 단백질의 발현을 억제 또는 조절하는 생명현상이다. 2006년 미국의 앤드루 파이어(Andrew Zachary Fire) 교수와 크레이그 멜로(Craig Cameron Mello) 교수가 RNA 간섭 기작을 규명해 노벨 생리의학상을 수상한 이후, 전 세계적으로 그 기작과 응용에 관한 다양한 연구가 진행 중이다.

특히 작은 간섭 RNA(small interference RNA, siRNA)는 상보적인 염기서열을 이용한 특정 단백질 선택조절성과 약물 효능이 높은 장점으로 인해 RNA 간섭 기작을 응용한 새로운 치료제로 각광받고 있다. 하지만 핵산약물의 생체 내 불안전성, 약물 탑재량의 제한성, 효과적인 세포내 전달의 한계성 등으로 인해 상용화 단계 진입에는 어려움이 남아 있다.

Angewandte Chemie International Edition 2016년 3월호 논문 표지

노영훈 생명공학과 교수는 MIT에서 박사 후 연구원 시절부터 최근까지 핵산약물을 이용한 나노의학적 응용 연구를 수행했으며 관련된 여러 연구결과들을 보고해왔다. 특히 이번 연구에서는 다종의 폴리머화된 RNA 간섭 분자(Polymerized RNAi molecule)들로 구성된 멀티마이크로스펀지를 합성해 이를 핵산약물 전달체로 사용했다.

연구팀은 먼저 약물의 종류를 조절하기 위해 약물 기능이 탑재된 여러 환형 DNA들을 합성해 라이브러리를 구축했다. 선정된 환형 DNA들의 비율조성을 통해 회전환복제기작(rolling circle transcription) 반응 시 전사된 다종의 폴리머화된 RNA 간섭 분자들의 탑재량 조절이 가능하다. 또한 반응과 동시에 자기조립이 일어나면서 마이크로 사이즈의 다공성 구형 구조체(멀티마이크로스펀지)가 형성된다. 효과적인 약물의 전달 및 치료를 위해 멀티마이크로스펀지의 물리화학적 성질(크기, 표면전하, 모양 등)을 고분자 물질로 압축해 바꾸어 줬다.

► 핵산 분자들로부터 합성되는 멀티마이크로스펀지 설계도. 멀티마이크로스펀지의 형태 및 구조 관찰. 멀티마이크로스펀지 내 다종의 핵산약물 예상 탑재비율과 실제 구성비율.

연구팀은 핵산나노공법을 이용한 폴리머화된 RNA 간섭 분자 생성을 통해 기존 핵산약물의 생체 내 불안전성 개선 및 세포 내 약물 효능을 향상시킬 수 있었다. 또한 다종의 핵산약물 동시전달 및 정교한 화학량론적 약물탑재량 조절을 가능하게 했다. 나아가 다수의 단백질 발현 억제를 통한 상승작용으로 핵산약물기반 나노전달체를 통한 새로운 치료제 개발 가능성을 보여주었다. 본 연구결과는 암 질환을 포함해 유전질환 혹은 바이러스 감염 등의 치료제 개발과 그 외 다양한 생명공학, 의학 분야에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

박재현 연구원이 공저자로 참여하고 MIT대학의 Paula Hammond 교수팀과의 국제공동연구로 이루어진 본 연구성과는 응용화학분야의 세계 최고 권위지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’ 2016년 3월호에 논문표지를 장식하며 게재됐다. 또한 편집자에 의해 선별되는 ‘가장 주목받는 논문(Hot Paper)’으로도 선정되는 성과를 거뒀다. 본 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 ‘신진연구자지원사업’과 우리 대학교의 ‘연세 미래선도연구사업’의 지원을 받아 수행됐다.