단백질체는 한 개체가 가지고 있는 단백질의 총체를 뜻한다. 단백질체 분석은 신약 표적을 발굴하고 질병을 진단, 모니터링 하는 바이오마커 연구에 필수적이다. 서울아산병원에서 단백체 분석과 관련된 모든 것을 지원하고 있는 임상단백질체 코어랩을 소개한다.

진단 마커 발굴이 고민입니다

서울아산병원 류마티스내과 O교수는 자가면역질환 합병증을 조기 모니터링할 수 있는 진단 마커 발굴을 원했다. 합병증 치료 전략을 결정하려면 염증의 활성도·만성도를 확인해야 하는데 침습적인 신장 조직 생검을 대체할 방법이 없는 것도 문제였다. 그러던 중 임상단백질체 코어랩과 상의하자 해결책이 나왔다. 당뇨신증 바이오마커 개발을 위해 이미 최적화해 두었던 소변 단백체 분석법을 활용하자는 것이었다. 이를 통해 자가면역질환 합병증의 바이오마커를 도출할 수 있었고 추가적인 모델링을 통해 증식성/비증식성 합병증을 구별하면서 염증의 활성도·만성도를 예측할 수 있는 소변 단백질 조합까지 찾아냈다.

단백체 분석 프로토콜 개발을 도와주세요

서울아산병원 유방외과 O교수, 종양내과 O교수는 유방암 환자의 선항암 치료 효과가 제각기 다른 현상을 보며 항암 효과를 미리 예측할 수 없을지 고민했고, 병리과 O교수와 함께 유방암 진단 시점에 중심부 생검으로 채취한 파라핀 고정 시료와 혈장 시료를 이용해 단백체 분석을 진행하기로 했다. 임상단백질체 코어랩에서는 파라핀 고정 시료로 정량적 단백체 분석을 하기 위한 별도의 분석 프로토콜 개발을 지원했다. 그 결과 향후 항암 치료에 효과를 보인 그룹에 특이적으로 발현되는 단백질을 발굴하고 치료 효과를 보이지 않은 환자의 조직 시료에서 2배 이상 증가돼 있는 단백질이 신약 표적이 될 가능성이 높다는 사실을 확인했다. 

질량분석법을 개선하고 싶어요

스타트업 회사인 O사는 질량분석 기반으로 진단 플랫폼을 개발하는 회사이다. 바이오마커 발굴을 위한 효율적인 단백체 분석 기술을 확보하고자 10억 원이 넘는 고가의 질량분석기를 도입하여 기술 개발을 지속적으로 시도했으나 진척이 없어 임상단백질체 코어랩에 도움을 요청했다. 그 결과 기존 질량분석법을 개선하여 빠르고 재현성 높게 질량분석을 할 수 있는 플랫폼 개발을 지원받을 수 있었다.

항체가 없어도 단백질 정량이 가능할까요?

서울아산병원 알레르기내과 O교수는 질환을 모니터링할 수 있고 치료 물질로 활용 가능성이 높은 표적 단백질을 확보했지만 이에 대한 효율적인 항체가 없어 정량에 어려움을 겪었다. 이에 임상단백질체 코어랩에서는 삼중 사극자 질량분석기를 이용하여 단백질의 아미노산 서열 정보만으로도 절대 정량 분석을 할 수 있는 다중반응검지법(multiple reaction monitoring)을 제안했고 이를 적용해 항체 없이 환자 혈액 내에 존재하는 표적 단백질을 정량하는 데 성공했다.

단백체학은 한 개체가 가지고 있는 단백질의 종류와 양을 측정하는 학문이다. 인체 내에서 항상성을 유지하고 질병을 유발하는 기능을 하는 생체 물질은 오로지 단백질이라는 점과 약물이 직접 결합하여 기능을 조절하는 대상 역시 단백질임을 고려할 때 중개 연구에서 단백체학이 지니는 가치는 매우 크다. 기존의 단백체학은 단순히 단백질들의 정성 분석에 집중되거나 치료용 표적 단백질 발굴 정도로 국한됐다. 그러나 단백체 분석이 가지는 다양하고 중요한 임상적 의미들이 연구자들을 통해 끊임없이 발표되면서 새로운 시도와 기술 개발, 융합연구 등으로 그 활용도가 확장되고 있다. 하지만 다양한 시료 별 전처리 기법, 질량분석 방법, 최적화 조건, 결과분석 등 모든 과정이 연구자의 숙련도와 전문성에 크게 좌우되는 분야이다 보니 매우 우수한 연구성과를 지속적으로 내는 연구자가 많지 않은 실정이다.

임상단백질체 코어랩을 이끌고 있는 서울아산병원 융합연구지원센터 김경곤 교수는 국내에서 드문 임상 중심의 단백체학 전문가다. 서울의대 학위 과정 중 질량분석 기반의 임상단백체학에 대한 기본 연구 기술을 습득하고 미국 노스웨스턴대학 페인버그의대로 건너갔다. 단백체학 분야의 세계 석학인 닐 켈러허 교수의 지도를 받아 차세대 단백체 분석 기법을 익히면서 임상연구자들과 다양한 임상·기초 공동연구를 수행 후 귀국해 2015년부터 임상단백질체 코어랩의 책임교수를 맡고 있다. 임상단백질체 코어랩은 진단 마커가 없는 질병을 진단하거나 예후를 모니터링 할 수 있는 바이오마커를 혈액, 조직 등의 임상시료에서 발굴하거나 항체가 없는 단백질에 대한 정량 분석 등 일반 단백체 분석에서부터 인산화나 아세틸화 등 단백질의 번역 후 변형(Post-translational modification, PTM)을 분석하는 연구 및 단백질 의약품에 대한 약동력학 분석 등 고급 단백체 분석을 지원한다. 올해에는 신규 고분해능 질량분석기 추가 도입이 예정돼 있어 더욱 원활한 연구 지원, 심도 깊은 연구, 우수한 연구성과를 이루겠다는 포부다.

임상단백질체 코어랩 * 담당교수 : 서울아산병원 융합연구지원센터 김경곤 교수
* 위       치 : 서울아산병원 아산생명과학연구원 융합연구관 10층
* 연구 지원 서비스
   - 표적 단백질 / 광대역 단백질체 동정 및 정량 분석
   - 대규모 임상 시료를 이용한 바이오마커 발굴, 검증
   - 인산화, 당화 단백질 등 번역 후 변형 단백질 분석
   - 상호작용체, 세포분비물·배양물질 분석
   - 프로토콜 지원 / 연구 컨설팅
   - 연구원 교육 등의 연구자 맞춤 분석 서비스