숙명여자대학교는 생명시스템학부 임준형 교수 연구팀이 근육 세포에서 특정 단백질만 선택적으로 제거할 수 있는 새로운 표적 단백질 분해 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

이번 연구는 근감소증을 비롯한 근육 관련 난치성 질환 치료제 개발에 활용할 수 있는 기반 기술을 제시했다는 점에서 주목된다.

최근 신약 개발 분야에서는 질병을 유발하는 단백질의 기능을 억제하는 기존 방식에서 나아가 세포 내 단백질 자체를 제거하는 표적 단백질 분해 기술이 차세대 치료 전략으로 떠오르고 있다. 대표 기술인 단백질 분해 유도체(PROTAC)는 세포 내 유비퀴틴-프로테아좀 시스템(Ubiquitin-Proteasome System)을 이용해 특정 단백질을 선택적으로 분해하는 방식이다. 기존 저해제로 조절하기 어려운 단백질까지 표적으로 삼을 수 있다는 장점이 있다.

하지만 지금까지 개발된 대부분의 단백질 분해 유도체는 여러 조직에 공통적으로 존재하는 일부 E3 리가제에 의존해 특정 조직에서만 단백질을 선택적으로 분해하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 근육 세포에서 특이적으로 높게 발현되는 E3 리가제인 KLHL41에 주목했다. KLHL41은 근육 세포의 증식과 분화, 유지에 관여하는 단백질로 알려져 있지만, 표적 단백질 분해 기술에 활용된 사례는 없었다. 또한 결정 구조가 밝혀지지 않아 관련 리간드 발굴도 쉽지 않았다.

연구팀은 인공지능(AI) 기반 가상 선별 기법과 화학생물학 분석을 통해 KLHL41에 결합하는 새로운 리간드를 찾아냈다. 이를 바탕으로 근육 세포에서 선택적으로 표적 단백질을 분해할 수 있는 단백질 분해 유도체를 설계했다.

이어 세포 실험과 동물 실험을 통해 해당 기술이 근육 조직에서 선택적으로 단백질을 분해하는 데 활용될 수 있음을 확인했다.

연구팀은 이번 연구가 기존 단백질 분해 기술의 조직 선택성 한계를 보완하고 근육 질환 치료제 개발을 위한 새로운 분자 플랫폼을 제시했다는 데 의미가 있다고 설명했다.

임준형 교수는 “KLHL41 리간드가 근육 특이적 단백질 분해제를 설계하는 플랫폼으로 활용될 수 있음을 확인했다”며 “향후 근육 질환 관련 단백질을 표적으로 하는 치료제 개발은 물론 조직 선택형 표적 단백질 분해 기술 연구에도 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 강원대학교 박종민 교수와 서울대학교 이주용·박한검 교수 연구팀이 공동으로 수행했다. 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 2026년 5월호에 게재됐다.