이주련 교수, 세계적 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터즈’에 논문 단독 게재
생명활동의 근원이자 질병의 원인인 ‘단백질 접힘’에 대한 새로운 연구방향 제시

이주련 의생명시스템학부 교수(사진)의 논문이 6월 14일 세계 최고 권위의 물리학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터즈(Physical Review Letters)’에 단독 게재된다.

생명활동의 근원이자 질병의 원인인 ‘단백질 접힘’에 대한 논문(와코-사이토-뮤노즈-이튼 단백질 모형의 정확한 분배 함수 영점)으로, 알츠하이머병, 파킨슨병, 광우병 등의 질병을 극복하는데 새로운 연구방향을 제시할 것으로 보인다.

물리학 분야의 최신 연구를 다루는 이 학술지의 논문인용지수(Impact Factor)는 7.37로 해당 분야에서 최고 수준이다. 이곳에 누구의 도움도 없이 단독 저자로 논문을 게재하는 것은 국내외적으로 극히 이례적인 일이다.

이 교수는 “단백질은 아미노산들이 연결되어 만들어지는 사슬로 생물체를 이루는 주요한 구성 성분이자 호르몬, 효소, 수용체로서 여러 가지 기능을 한다”고 말했다. 그는 “단백질이 정상적인 기능을 수행하기 위해서는 긴 사슬형태에서 일정한 고유 구조로 접혀야 하는데, 이 과정에 이상이 생겨 비정상적인 구조로 접히면, 알츠하이머병, 파킨슨병, 광우병 등의 질병을 유발하게 된다”며 “단백질 접힘 경로를 정확하게 알아내는 것은 의학적으로도 매우 중요한 연구과제”라고 설명했다.

이번 논문은 기존 연구방법과는 다른 통계물리학적 방법을 적용하여 단백질 접힘에 대한 과정을 설명했다. 단백질이 온도에 따라 긴 사슬형태로 펼쳐지기도 하고 일정한 고유구조로 접히기도 하는 과정이, 물이 100℃에서 수증기가 되고 0℃에서 얼음이 되는 ‘상전이 형상’과 유사하다는 점에 착안(아래 사진)했다. 이를 통해 해당 연구에서 사용되는 통계물리학적 방법인 ‘분배함수영점’ 계산을 이용하여 단백질 접힘의 성질을 알아냈다. 

‘분배함수영점’은 확률이론을 이용하는 계산으로써, 물과 같이 동일한 구성단위로 이루어져 있고 그 단위 수가 무한에 가까울 경우에 적합했다. 따라서 수백, 수천 개의 서로 다른 성질의 아미노산으로 구성된 단백질의 구조 변화에 적용하는 것은 무리라고 생각되어 왔다. 하지만 이번 연구는 이러한 어려움을 극복하고 통계물리학의 분석틀을 단백질에 적용하여 결과를 도출했다.

이 교수는 “이 논문은 물리학, 수학, 생명과학이 접목된 융합연구의 산물이며, 물리학의 도구를 생명현상에 적용하여 정량적인 연구를 수행하는 데 밑바탕이 될 것”이라면서 “잘못된 단백질 접힘에 의해 발병하는 질병들의 원인규명에도 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 우희덕 홍보팀 계장(woogun@ssu.ac.kr)