한국과학기술원(KAIST)는 생명과학과 김태국(金泰國, 42) 교수팀이 씨지케이(주)(CGK, 대표이사 김진환)와 공동으로 연구개발한 새로운 인간 노화억제 신약후보물질이 네이처 케미컬바이올로지 온라인(Advanced Online Publication)판 12일(월)(본판은 7월 1일자 발표)자에 발표된다. 또한 신약후보물질을 개발한 자세한 방법론은 네이처 프로토콜지에 발표된다.
네이처社는 네이처지에 발표되는 여러 연구개발 결과들 중 몇 개의 대표적인 결과를 정기적으로 선택해서 기자들에게 발표하는데 金 교수의 연구개발 결과가 소개되었다. 이 과정에서 네이처社에서 채택, 발표한 이번 연구개발 결과의 요약 내용은 아래와 같다.
Scientists have found a small molecule that can be used to extend the lifespan of mammalian cells. The research reported in the July issue of Nature Chemical Biology showed that the synthetic organic molecule CGK733 blocks the machinery that senses DNA damage. All cells face an inevitable death as they age. On this path, cells may become senescent, where they stay alive but stop dividing. In looking for chemicals that can help cells beat senescence, Tae Kook Kim and colleagues screened a library of synthetic compounds for those that could stimulate growth and other visual signs they could help cells overcome this state. They found that CGK733 could extend the lifetime of cultured cells by about 20 doublings and could actually rescue cells that were already senescent. To do this, CGK733 blocks the checkpoint involved in sensing and slowing down cells in response to DNA damage. By blocking a natural event that leads to senescence, CGK733 confers life-saving and life-extending properties on mammalian cells.
인간의 노화 과정에서 인체를 이루는 각 세포 수준에서 노화를 겪게 되며 이러한 노화세포가 궁극적으로 신체의 노화를 야기한다는 것은 잘 알려져 있다. 노화 연구의 오랜 역사에도 불구하고 이러한 인간세포의 노화를 조절할 수 있는 화합물은 아직까지 개발되지 않은 상태였다.
KAIST 김태국 교수팀은 자동화 이미징을 이용한 고효율 스크리닝을 통해 인간세포의 노화를 조절, 세포의 수명을 크게 연장시킬 수 있는 물질을 발견하였고, CGK733이라 명명했다. 이미 노화된 인간세포에 CGK733을 가해주면 분열을 멈추었던 노화 세포가 분열을 재개하고, 세포의 모양 또한 정상적인 젊은 세포로 변화됐다.
이 상태에서 CGK733을 제거해주면 세포는 다시 노화에 들어감을 보였고, 이후 CGK733을 가해주면 또다시 노화 세포가 젊은 세포와 같이 전환됨을 관찰함으로써 CGK733이 노화와 관련된 세포 프로그램을 가역적으로 임의로 조절함을 규명했다.
특히 金 교수 연구팀이 최근 개발한 매직(MAGIC: MAGnetism-based Interaction Capture) 기술을 활용하여 CGK733이 살아 있는 인간세포 내에서 ATM(ataxia telangiectasia mutated)이라는 질병단백질과 결합함으로서 노화작용을 조절함을 규명했다. 이 연구개발은 CGK733 중심으로 한 화합물을 이용해서 노화 조절과 치매 등 노화관련 질병치유의 가능성을 시사한다.
네이처 케미컬바이올로지에는 커버스토리로 “세포의 노화과정을 가역적으로 재프로그래밍할 수 있는 조절물질 개발(Small Molecule-based Reversible Reprogramming of Cellular Lifespan)” 이라는 제목으로 발표된다. 그리고 네이처 프로토콜지에는 “자동화된 고효율 이미징시스템을 통한 노화억제 신약후보물질의 스크리닝-개발 방법(Automated Imaging-based High-throughput Screening for Small Molecules that Reverse Cellular Senescence)” 이라는 제목으로 발표된다.
특히 金 교수팀은 지난 해 7월 1일 씨지케이(주)(CGK, 대표이사 김진환)와 공동으로 개발한 혁신적인 신약개발 핵심원천기술을 “살아 있는 세포내에서 분자간 상호작용을 라이브로 검출하는 자성 나노프로브 기술(A Magnetic Nanoprobe Technology for Detecting Molecular Interactions in Live Cells)”이라는 제목으로 사이언스 誌에 발표했었다. 마치 마술같이 살아있는 인간세포내를 훤히 들여다 볼 수 있는 매직(MAGIC: MAGnetism-based Interaction Capture)이라고 명명된 이 나노-바이오 신기술을 실지로 이용해서 역사적으로 개발하기 매우 힘들었던 인간 노화억제 신약후보물질을 1년여 만에 개발에 성공했다.
따라서 빠른 시간내에 효과적으로 신약후보물질을 개발했다는 의미뿐만 아니라, 우리의 핵심원천기술이 살아있는 세포내에서 인간질병과 생명기작을 효과적으로 규명할 수 있다’는 학문적인 중요성과 ‘곧바로 신약개발과 질병치유에 응용되어 부가가치를 창출할 수 있다’는 산업적인 중요성을 실지로 증명했다는 점에서 주목된다.
콜럼부스 달걀적인 창의적인 발상의 전환을 통해 탄생된 혁신적인 기술을 토대로, 이번 연구에서는 KAIST, 씨지케이(주) 한국화학연구원,한국생명공학연구원 등의 산학연 공동으로, 효과적으로 나노-바이오기술(NT+BT)을 융합해서, 기초연구를 응용개발로 시너지있게 발전시켜서, 신약을 성공적으로 개발하고 있다는 점에서 첨단융합의 연구개발 모델로서도 중요한 의미를 가진다.
지난 해 신기술을 개발한데 이어 이번 신약후보물질을 개발함으로써 기술의 우수성을 입증하게된 이 기술은 지난 1년여 동안 “Faculty of 1000”에 선정되는 등 국제적으로 많은 관심을 받아오고 있다.
대표적인 예로 신약개발 국제학회(SBS Conference)에서 “차세대 신기술”로 선정되어 초청 받았으며, 국제 바이오엑스포(CORDIA)에서 “차세대 대표 바이오 기술”로 선정됐다. 세계적인 제약사들과 바이오텍회사들로부터 폭넓은 관심을 받아서 여러 측면의 공동연구 개발과 미국의 바이오텍회사와는 조인트벤처 설립을 제안받아 올해내로 구체화시킬 예정이다.
인간 노화억제 신약후보물질은 곧 미국의 바이오텍회사에 라이센싱되고 관련된 신약개발 후속 공동연구개발이 진행될 예정이다. 산업계 뿐만 아니라 학계에서도 미국 국립보건원, 캘리포니아 나노시스템연구소 등에서 미래유망 신약개발과 질병기작 분석기술로서 센터 설립을 제안받고 진행 중이다. 또한 金 교수는 올 후반기에 예정된 UCLA, 하바드, MIT 등을 비롯한 여러 산학연으로부터의 초청발표 준비로 바쁜 나날을 보내고 있다.
金 교수는 신약개발에 효과적임이 증명되기 시작한 우리의 신기술은 21세기 바이오 패러다임의 중심인 살아 있는 인간 생명과학(Live Human Life Science)’을 가능케 할 중요성을 가지고 있다. 살아있는 인간세포내에서 다이나믹하게 변화조절되는 분자생명회로 즉 바이오프로그램을 실시간으로 모니터하고 유익하게 재프로그래밍도 할 수 있다.
우리가 개발한 이 신기술은 유전체학 단백체학,시스템생물학 등을 비롯한 전반적인 생명과학과 신약개발 임상진단, 바이오센서 등의 여러 바이오-나노-정보분야에 지대한 여러 가지 효과들을 기대할 수 있다.”고 이 연구개발의 의미를 설명했다.
함께 연구에 참여한 씨지케이(주)의 김진환 대표는 "MAGIC 기술은 어떤 기술보다 신약개발을 앞당길 수 있는 산업화에 가장 근접한 혁신적 기술이며 이에 대한 가능성을 이번 노화억제 신약후보물질의 개발을 통하여 실지로 입증했다.고 언급했다.
또한 씨지케이(주)에서는 이러한 혁신적인 기술을 ‘신약재창출(Drug Repositioning & Drug Rescue)이라는 새로운 영역에 적용하여, 기존 신약개발의 근본적 문제점인 고비용, 저효율의 비효율성을 극복할 수 있는 획기적인 신기술을 가지고 있다.
신약재창출이란 이미 안전성이 확보된 의약 및 의약후보들로부터 효과적으로 새로운 적응증을 찾아내어 기존 신약개발에 소요되는 시간을 단축하고, 임상에서의 탈락 위험률을 낮춰서 제약회사들이 적은 비용으로 신약을 개발하게 할 수 있는 새로운 신약개발 전략으로 세계적인 제약산업에서 큰 관심을 가지고 있는 신약개발의 블루오션(Blue Ocean)이다. 이와 관련해서 세계적인 제약사와의 공동연구 개발노력들이 가시화될 것이다.”고 밝혔다.
인간 노화억제 신약후보물질 개발했다
