한국연구재단은 김준곤 고려대 교수와 안현주 충남대 교수 연구팀이 주인-손님 화학을 이용해 인간이 아닌 포유류의 시알산을 유도체화하지 않고 분석해내는 방법을 제시했다고 18일 밝혔다.

치료용 단백질은 여러 종의 세포와 추출물을 통해 생산된다. 사람 단백질의 번역 후 변형(PTM)을 모사하기 위해 주로 사람을 포함한 포유류의 세포를 사용한다. 그러나 추출물에서 사람에게서 발견되지 않는 비인간 PTM이 존재한다는 사실이 알려지고 몇몇의 체내에서 면역반응을 일으키는 것으로 알려진다.

비인간 PTM 중 하나이며 포유류에 풍부한 시알산인 글리콜뉴라민산(Neu5Gc)은 암세포에서 높은 농도로 존재함이 밝혀져 관심이 높다. 다양한 연구를 통해 글리콜뉴라민산이 글리칸에 존재하는 치료용 단백질일 경우 그렇지 않은 경우에  비해 빠르게 인체내에서 제거된다.

따라서 사람이 아닌 포유류 세포를 사용해 제조된 단백질을 판매하는 회사에서는 해당 단백질의 품질을 보장하기 위해 단백질내 글리콜뉴라민산 함량을 확인한다.

하지만 이 단백질에 공존하고 있는 다른 시알산인 아세틸뉴라민산(Neu5Ac)과 구분하려면 유도체화 하는 과정이 필요한데 많은 시간이 소요된다.

연구팀은 기체상 주인-손님 화학을 이용해 두 종류의 시알산을 유도체화나 추가적인 분리 없이 높은 감도로 정량해 냈다.

주인-손님 화학은 주인 역할을 하는 분자가 자신의 분자 구조 내에 손님 분자를 선택적으로 받아들여 안전한 복합체를 형성하는 현상이다.

연구팀은 먼저 용액상에서 주인 분자인 쿠커비투릴[7](CB[7])과 시알산들이 결합을 이루는지 확인했다. 실험 결과 두 시알산 모두 pH2와 7의 완충액에서 CB[7]과 결합하지 않음을 확인했다. 이어 연구팀은 두 시알산이 CB[7]에 대한 기체상 복합체 형성 비율과 용액상 농도 비율이 선형적 관계를 갖는지 살펴봤다.

연구결과 두 시알산의 용액 상태 농도 비가 기체 상태에서 주인-손님 복합체 비율과 비례하는 것으로 나타났다.

연구팀은 이온이동도 질량분석법과 계산화학을 이용해 확인했다. 복합체 형성 비율은 주인 분자의 구조 인식 능력에 의해 결정되는데 연구팀은 이점을 이용해 각 시알산 복합체 이온 세기를 비교분석했다.

이번 분석법은 글리콜뉴라민산을 최소 농도 1.6pmol(피코몰)까지 정량할 수 있어 유도체화가 필요한 기존 분석법과 비견된다.

또 대표적 치료용 단백질인 세툭시밥, 에리스로포이에틴 등을 포함한 7종의 당단백질에서 시알산 함량을 확인, 분석 우수성을 입증했다.

김준곤 교수는 "이번 연구는 주인-손님 화학과 기체이온 화학 분야을 융합해 새로운 질량분석법 기반 분석법을 개발하고 실제 현장에서 겪는 문제 해결에 적용한 것"이라면서 "향후 분석에 어려움이 있는 다른 표적 물질에도 적용하는 추가 연구를 진행할 계획"이라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행됐다. 결과는 국제학술지 미국화학회지(JACS)에 지난달 28일 게재됐다.