A High-Throughput Assay to Identify Specific Nascent Chain Inhibitors

우리 몸을 움직이게 하는 많은 단백질은 마치 잠겨 있는 금고와 같습니다. 표면에 약물이 붙잡을 수 있는 명확한 손잡이나 열쇠 구멍이 없기 때문입니다. 수십 년 동안 신약 개발자들은 이러한 '약물 투여가 불가능한(undruggable)' 단백질을 차단할 치료제를 만드는 데 어려움을 겪어 왔습니다. 왜냐하면 표준적인 접근 방식은 이미 완성되어 접힌 단백질의 특정 부위를 찾아 차단하는 것에 의존하기 때문입니다. 그러나 단백질은 완전히 형성된 상태로 나타나지 않습니다. 단백질은 세포 내 공장 안에서 조각조각 만들어지며, 최종 형태를 갖추기 전까지 긴 줄처럼 길게 늘어진 상태로 존재합니다. 이 건설 과정 중의 짧은 순간 동안, 단백질은 다른 형태를 띠게 되는데, 이는 단백질이 완성을 마친 후에는 사라져 버릴 일시적인 틈을 노출할 수도 있습니다. 만약 과학자들이 단백질이 여전히 만들어지고 있는 도중에 이를 포착할 방법을 찾아낼 수 있다면, 단백질이 위협이 되기 전에 미리 차단할 수 있을지도 모릅니다.

연구팀은 바로 이러한 종류의 개입을 추적하기 위해 설계된 새로운 도구를 개발했습니다. 그들은 유전적 지침을 읽고 단백질을 조립하는 인체의 자체 기제와 유사한 시스템을 사용하여, 시험관 내에서 단백질이 만들어지는 과정을 관찰하는 방법을 개발했습니다. 이 설정에서 연구자들은 단백질이 형광 빛으로 빛나는 것을 관찰함으로써 실시간으로 단백질이 나타나는 것을 볼 수 있습니다. 목표는 특정 단백질의 생산을 다른 단백질의 생산에는 영향을 주지 않으면서, 오직 미성숙한 사슬, 즉 성장 중인 줄 상태일 때만 멈추게 하는 브레이크 역할을 하는 아주 작은 화학 화합물을 찾는 것입니다. 도구의 정밀함을 보장하기 위해, 과학자들은 결과를 비교하는 두 번째 검증 단계를 구축하여, 발견된 화합물이 단순히 전체 공장을 가동 중단시키는 것이 아니라 정말로 목표로 하는 특정 단백질만을 표적으로 하는지 확인하도록 했습니다.

연구진은 이 시스템을 매우 민감하고 저렴하게 조정하였는데, 테스트당 비용이 약 1센트에 불과하여 수천 개의 화학 물질을 동시에 스크리닝하는 것이 가능해졌습니다. 그들은 먼저 알려진 화합물인 PF846을 PCSK9이라는 단백질에 사용하여 시스템이 작동함을 증명함으로써 이 방법을 테스트했습니다. 그 후, 그들은 암과 관련된 것으로 알려진 단백질 변이인 KRAS A146T와 ApoC3라는 단백질에 대한 억제제를 찾는 것을 목표로 1,760개의 다양한 화합물 컬렉션을 대상으로 이 방법을 본격적으로 시험했습니다. 결과는 이 시스템이 높은 일관성을 바탕으로 대규모 검색을 처리할 수 있을 만큼 견고하고 신뢰할 수 있음을 보여주었습니다.

스크리닝 캠페인이 끝났을 때, 연구진은 16개의 화합물이 단백질 생산을 성공적으로 멈추는 것을 발견했으나, 이들은 전체 번역 과정을 중단시킴으로써 정밀한 도구라기보다는 일반적인 억제제로서 작용했습니다. 결정적으로, 연구팀이 목표로 했던 특정 단백질만을 선택적으로 멈추는 엄격한 기준을 충족하는 화합물은 하나도 없었습니다. 비록 이번 연구가 연구자들이 기대했던 특정 '미성숙 사슬' 억제제를 찾아내지는 못했지만, 플랫폼 자체가 훨씬 더 크고 광범위한 검색을 수행할 준비가 되었음을 성공적으로 입증했습니다. 이 연구는 과학자들이 단백질이 만들어지는 과정 중에 이를 포착하려는 그 찾기 힘든 화합물들을 계속해서 찾아 나설 수 있도록 하는 견고하고 작동 가능한 토대를 마련했습니다.