부산대 고민섭 교수팀, 불소 이온으로 단백질 활성화 전략 제시

부산대 고민섭 교수, 배지은 석박통합과정생, 김소란 석사 졸업생(왼쪽부터). 사진ㅣ부산대학교

인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교 화학과 고민섭 교수 연구팀이 불소 이온이라는 화학적 자극을 이용해 단백질 기능을 원하는 시점에 활성화할 수 있는 새로운 단백질 제어 전략을 제시했습니다.

부산대학교는 고민섭 교수팀이 단백질을 의도적으로 비활성 상태로 만든 뒤, 불소 이온 처리만으로 다시 활성화할 수 있는 ‘화학적 액추에이터’ 개념의 단백질 제어 기술을 개발했다고 14일 밝혔습니다.

이번 연구는 단백질 기능을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시해 질병 연구와 생명과학 분야 전반에 활용 가능성을 넓혔다는 평가를 받고 있습니다.

연구팀은 단백질 기능에 핵심적인 역할을 하는 아미노산인 타이로신 자리에 비천연 아미노산을 유전적으로 도입하는 전략을 사용했습니다. 자연 상태의 타이로신은 특정 작용기인 페놀기가 노출돼 있어야 단백질 내에서 수소결합과 반응성을 발휘할 수 있습니다.

연구팀은 이 페놀기를 보호기로 가린 비천연 타이로신 유도체를 설계해 단백질의 핵심 위치에 삽입했습니다. 이 비천연 아미노산이 삽입된 단백질은 초기에는 페놀기가 차단돼 기능이 억제된 비활성 상태를 유지하게 됩니다. 이후 불소 이온을 처리하면 불소 이온이 보호기와 선택적으로 반응해 보호기가 제거됩니다.

그 결과 가려져 있던 페놀기가 다시 노출되며 비천연 아미노산이 자연 타이로신 상태로 복원되고, 단백질 기능이 다시 활성화됩니다. 연구팀은 이러한 전략을 형광 단백질과 유전자 재조합 효소인 Cre recombinase에 적용해 실험을 진행했습니다.

그 결과 시험관 내 실험뿐 아니라 살아있는 세포 환경에서도 불소 이온 처리에 의해 단백질 기능이 활성화되는 것을 확인했습니다.

이번 성과는 기존처럼 유전자 발현 단계가 아닌, 이미 세포 내에 존재하는 단백질을 화학적 자극으로 직접 제어할 수 있다는 점에서 의미가 큽니다. 이 기술은 단백질의 활성 시점을 자유롭게 조절할 수 있어 합성생물학과 세포공학 분야에서 새로운 연구 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

또한 질병 관련 단백질의 활성 시점에 따른 세포 반응 분석과 약물 표적 단백질 기능 검증 등 기초 연구에도 폭넓게 활용될 가능성이 제시됐습니다.

이번 연구 성과는 화학 분야 국제 최고 권위 학술지인 ‘Journal of the American Chemical Society’ 2025년 12월 10일자에 게재됐습니다. 논문 제목은 ‘Fluoride-Triggered Protein Activation via a Genetically Encoded Tyrosine Analogue’입니다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구사업과 교육부 G-LAMP 사업의 지원을 받아 수행됐습니다. 연구에는 부산대 화학과 배지은 석박통합과정생과 김소란 석사 졸업생이 공동 제1저자로 참여했으며, 고민섭 교수가 교신저자로 연구를 총괄했습니다.

고민섭 교수는 “이미 세포 내에 존재하는 단백질을 불소 이온이라는 화학적 트리거로 직접 활성화할 수 있음을 보여준 연구”라며 “유전자 발현 조절이 아닌 단백질 수준에서의 화학적 기능 제어 전략으로 다양한 생명과학 연구에 활용될 수 있을 것”이라고 말했습니다.

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