항암제 기본 구조 형성 순간 포착…박테리아 효소 SacC는 어떻게 들여다봤나

실험실에서 합성하기 까다로운 항암제의 기본 골격이 박테리아 효소에 의해 만들어지는 과정이 시각화됐다.

도쿄대 오구리 히로키 교수팀과 도호쿠대 연구팀은 효소 SacC의 작동 구조를 원자 수준의 해상도로 재구성했다고 19일 미국화학회지(JACS)에 발표했다.

연구진이 주목한 것은 연조직 육종 치료제 트라벡테딘의 기본 골격을 조립하는 과정이다.

트라벡테딘의 골격은 박테리아 유래 화합물 사프라신 B의 고리 구조 5개가 복잡하게 얽힌 형태다.

화학자가 이를 실험실에서 합성하려면 엄격한 반응 조건과 많은 시간이 필요하지만, SacC는 상온의 물속에서 7단계 촉매 연쇄 반응으로 같은 기본 골격을 조립한다.

효소는 공장의 컨베이어 벨트처럼 분자를 다음 반응 위치로 넘기며, 이때 구성 요소들이 회전하고 움직인다.

그 움직임을 포착하기란 쉽지 않았다.

SacC를 급속 냉동해도 분자마다 굳은 모양이 달라 선명한 전자현미경 사진을 얻기 어려웠고, 용액 속에서 효소끼리 뭉치는 성질도 관찰을 방해했다.

연구팀은 SacC 반응의 중간 단계를 모방한 저분자 화합물을 만들어 특정 순간을 붙잡고, 효소의 안정성을 높이는 단백질 SacE를 찾아 시료에 더했다.

SacE 덕분에 SacC가 뭉치지 않고 고르게 분산됐고, 이후 급속 냉동과 초저온 전자현미경(Cryo-EM) 관찰로 3차원 구조를 재구성할 수 있었다.

이번 성과는 효소가 복잡한 분자를 조립하는 방식을 이해하는 데 단서를 제공한다.

연구진은 조립 과정을 완전히 규명하면 트라벡테딘 같은 항암제를 더 쉽게 대량 생산하거나 새로운 신약을 설계하는 데 응용할 수 있다고 밝혔다.

다만 이는 연구진이 제시한 활용 가능성이며, 이번 관찰 자체가 생산 방식이나 신약 개발의 완료를 뜻하는 것은 아니다.