노벨 화학상에 美 레프코위츠·코빌카 교수

[박계현기자] 노벨위원회는 10일 노벨 화학상 수상자로 미국의 로버트 레프코위츠 하워드휴스의학연구소/듀크대 의학센터 교수와 브라이언 코빌카 스탠포드대학교 교수를 공동 선정했다고 발표했다.

레프코위츠 교수와 코빌카 교수는 구아닌(G) 단백질 결합 수용체(GPCR, G-protein-coupled receptors)가 신호를 알려주는 원리와 약을 이용해서 조절할 수 있는 기재를 밝혀낸 공로를 인정받았다.

GPCR은 히스타민·아드레날린·도파민·바소프레신·글루타메이트·트립탄·티라민 등 생체 아민(바이오제닉 아민)과 빛 등에 반응해 세포막 안에 신호를 전달하는 역할을 한다.

레프코위츠 교수와 코빌카 교수의 연구는 심장병 치료제, 항히스타민제, 우울증 치료제(아드레날린의 반응체가 작용하지 못하도록 작용) 등 광범위한 의약품이 개발되는데 기여했다. 현재 제약업계에서 제조되는 약물의 약 40~50% 이상의 표적체가 GPCR과 관련이 있다. 포유류에는 약 700 종의 GPCR이 작용한다.

박승범 대한화학회 학술실무이사(서울대 화학과 교수)는 "제약회사 쪽에선 GPCR을 가장 중요한 분야 중 하나로 간주하고 있다"며 "단백질 구조를 정확하게 알 수 없는 경우가 많기 때문에 GPCR은 시약 개발하는 데 있어서 굉장히 중요한 역할을 한다"고 설명했다.

인체 내에 존재하는 세포막은 세포 내부와 외부를 구분하는 역할을 하며, 물질은 세포막을 통과하지 못한다. 세포는 만나서 서로 인식을 하거나 못하는 방식으로 상호작용을 해서 신호를 전달한다. 그러나 세포 안에 절대 들어갈 수 없는 물질이 어떻게 신호를 전달하는지는 사람들의 중요한 관심사였다.

GPCR은 외부 신호에 반응해 세포 내부로 신호를 전달하며, 다단계식으로 수많은 단백질과 반응해 표적 단백질을 늘리거나 생성되고 있는 단백질을 줄이거나 특정 단백질의 위치를 바꾸는 역할을 수행한다.

세포막에 존재하는 GPCR 수용체는 7번 겹쳐져 있는 나선형 구조로 돼 있으며, 직선처럼 딱딱한 상태로 존재하다가 바깥의 신호가 오면 뒤틀린다. 나선형 구조의 GPCR은 세포막에 물과 반응하는 부분 잘 녹는 부분이 겹쳐져 있다.

의약품의 타깃이 되는 생체 아민(바이오제닉아민)은 단백질에 비하면 100분의 1도 안되는 크기로 생체 아민과 GPCR의 결합에 의해 구조가 바뀐다. GPCR은 기분이 좋아지고 나빠지는 과정, 감기가 걸렸을 때 기침, 콧물이 작용하는 과정에 긴밀하게 관여한다.

생체 아민이나 빛과 접촉한 첫번째 GPCR이 밖에서 신호를 반응해 다단계식으로 수많은 단백질과 반응해 원하는 단백질을 늘리거나 나오는 것을 줄이거나 특정 단백질의 위치를 바꿔줄 수 있다.

노벨화학상 공동 수상자 중 한 명인 코빌카 교수는 엑스레이를 통해 GPCR과 단백질이 3차원상에서 작용하는 과정과 구조를 관찰하는 방법을 개발했다. 이러한 작용과정은 시약을 개발하는 데 있어 굉장히 중요한 정보가 된다.

코빌카 교수 밑에서 3년간 포스닥 과정을 밟은 성균관대 약대 정가영 교수는 "코빌카 교수는 지난 2007년 의약품의 타깃이 될 만한 GPCR을 최초로 밝혀냈다"며 "2007년 이후 거의 매년 GPCR의 구조를 발표했으며 지난 2011년에는 G프로틴과 결합된 구조를 발표해, 궁극적으로 가장 활성화되는 상태를 찾아냈다"고 설명했다.

정가영 교수는 "코빌카 교수는 3차원 엑스레이를 통해 구조를 볼 수 있는 기술이 개발되기 전까지 기능연구를 20여년간 했다"며 "2007년 최초의 결과가 나오기 전까지 연구비 지원이 끊겨 실험실이 문을 닫을 위기에 처하기도 했다. 초창기 실험이 잘 안될 때는 결과가 확실하지 않은 실험에 학생들의 시간을 쓰게 할 수 없어 직접 실험을 하기도 했다"고 일화를 소개했다.

노벨상은 1901년 이후 매년 시상하며 생리의학상·물리학상·화학상·문학상·평화상·경제학상 등 6개 분야로 나뉘어 수상자를 선정한다.

노벨위원회는 2천명의 피추천인을 대상으로 매년 추천을 받으며, 추천인은 한 사람당 3명의 학자를 추천할 수 있다.

시상식은 매년 12월10일 스웨덴 스톡홀름에서 열리며, 각 분야 당 800만 스웨덴 크로나(미화 약 120만 달러)의 상금이 지급된다.