단백질은 생체 구성 성분, 화학반응을 일으키는 효소, 면역 과 생체 방어 등 생명 유지에 필수적인 역할을 담당한다. 우리 몸에는 수많은 단백질들이 존재하는데, 이 세포 속 단백질들은 끊임없이 혹은 필요에 따라 합성되고 분해됨으로써 항상성을 유지한다. 유전적 결함이나 환경적 요인들에 의해서 단백질 항상성이 망가지게 되면, 각종 암이나, 신경질환, 자가면역질환 등 다양한 질병의 원인이 된다.

생명과학과 황철상 교수가 이끄는 ‘단백질항상성 연구소’는 단백질 항상성 중에서도 단백질의 분해에 초점을 맞추고 있다. 단백질 수명을 결정하는 단백질 분해 신호를 찾아내고 그 경로를 이해해 난치병을 치료하고 단백질 항상성을 유지하는 데 도움되는 길을 찾기 위해서다.

수명이 다하거나 손상된 단백질들을 주로 ‘유비퀴틴-프로테아좀 시스템’을 통해 분해되어 항상성을 유지한다. 연구실은 진핵세포(효모)에서 단백질 한쪽 끝의 N-말단 아미노 그룹에 아세틸(CH3CO)기가 부착되는 ‘아세틸화’가 되면 분해 신호로 작용한다는 사실을 2010년에, 아세틸화 되지 않은 N-말단 아미노 그룹이 단백질 분해를 유발할 수 있다는 사실을 2014년에 최초로 밝혔다. 2015년에는 N-말단 아세틸화에 의한 혈압조절 단백질분해 과정을 포유류 세포에서 처음으로 밝혀냈다. 관련 연구 성과는 생명과학 분야 최고 국제학술지 ‘셀’과 ‘사이언스’ 등에 발표됐다. 또한, 기존의 분자생물학 학설과 다르게, 진핵생물의 세포질에서도 박테리아처럼 포밀 메티오닌이라는 특정 아미노산이 단백질 합성을 시작할 수 있을 뿐만 아니라, 포밀 메티오닌을 단백질 분해신호로 인식해서 처리하는 새로운 단백질 분해 경로를 발견하여, 2018년 사이언스 지에 발표하였다.

연구팀은 새로운 분해신호 발견을 위한 연구를 진행하는 한편, 밝혀낸 단백질 분해과정 연구결과를 바탕으로 새로운 약물 개발을 시도를 하고 있다. 이를 위한 실험 설비들도 이미 다 준비돼 있다. 체외 시험관 실험부터 효모 실험에서 새로운 현상을 찾고, 포유류 세포 실험에서 현상에 대한 재검증, 동물실험과 약물개발까지 현상을 확장하는 다양한 실험을 한꺼번에 진행할 수 있다는 게 연구실의 자랑이다.

황 교수는 “현재까지 발견한 분해신호와 분해 경로의 생리학적 의미를 더 깊게 탐구하겠다” 며 “ 지금까지 밝혀낸 단백질 분해신호들을 활용해 새로운 형태와 내용의 차세대 혁신 신약들을 만들어 내겠다”고 밝혔다.