△ 축회전 속도에 따른 아밀로이드 응집 경로 전환 개념도

회전 속도 조절만으로 아밀로이드 섬유 형성 억제하고 올리고머 우세 상태 유도

 

화학 첨가제 없는 기계화학적 아밀로이드 제어 전략 제시… 국제학술지 ‘Small’ 게재

 

고려대학교 세종캠퍼스(부총장 양지운) 생명정보공학과 이규도 교수 연구팀이 축회전(axial rotation)의 회전 속도를 조절해 아밀로이드 단백질의 응집 경로를 선택적으로 제어하는 기술을 개발했다. 연구팀은 별도의 화학 첨가제 없이 물리적 회전 조건만으로 아밀로이드 섬유(fibril)의 성장을 억제하고 올리고머(oligomer)가 풍부한 상태로 응집 경로를 전환할 수 있음을 확인했다.

 

아밀로이드는 단백질이 비정상적으로 접히고 응집하면서 형성되는 구조로, 알츠하이머병과 파킨슨병, 제2형 당뇨병 등 다양한 질환과 관련돼 있다. 특히 응집 과정에서 형성되는 올리고머는 세포 기능 이상과 밀접하게 연관돼 있지만, 구조적으로 불안정하고 빠르게 섬유로 성장해 재현성 있게 확보하기 어렵다는 한계가 있다.

 

연구팀은 이를 해결하기 위해 단백질 용액이 담긴 튜브를 길이축을 중심으로 회전시키는 열 축회전 장치(thermo-axial rotator)를 이용했다. 모델 아밀로이드 단백질인 hen egg-white lysozyme(HEWL)을 서로 다른 회전 속도로 처리한 결과, 회전 조건에 따라 아밀로이드의 최종 구조가 뚜렷하게 달라지는 것을 확인했다.

 

낮은 회전 속도에서는 β-sheet 구조가 발달한 긴 아밀로이드 섬유가 주로 형성된 반면, 중간 회전 구간에서는 섬유와 입자 구조가 함께 나타나는 전이 상태가 관찰됐다. 높은 회전 속도에서는 긴 섬유 구조가 크게 감소하고 나노미터 크기의 구형 올리고머가 우세하게 나타났다.

 

연구팀은 형광 분석과 원편광 이색성 분광법(CD), 원자힘현미경(AFM) 등을 통해 이러한 구조 전환을 확인했다. 특히 AFM 분석에서는 낮은 회전 속도에서 긴 섬유가 관찰된 반면, 600 RPM과 900 RPM에서는 긴 섬유가 대부분 사라지고 구형 나노입자가 우세하게 나타났다. 또한 고회전 조건에서 형성된 입자들은 유사한 크기를 보이면서도 이차구조와 나노역학적 특성에서 차이를 보여, 회전 조건에 따라 서로 다른 올리고머 상태가 형성될 수 있음을 확인했다.

 

연구팀은 이러한 현상이 단순한 응집 억제가 아니라, 회전 속도에 따라 아밀로이드가 선택하는 응집 경로 자체가 달라진 결과라고 설명했다. 축회전으로 변화하는 공기-물 계면과 벽면 유동 등의 물리적 환경이 단백질 간 상호작용과 섬유 성장 과정에 영향을 미쳐, 높은 회전 속도에서 섬유 증폭이 억제되고 올리고머가 풍부한 상태가 형성되는 것으로 해석했다.

 

또한 서로 다른 회전 조건에서 생성된 아밀로이드 구조는 이후의 응집 과정에서도 서로 다른 동역학적 특성을 나타냈다. 이를 통해 축회전으로 형성된 구조가 단순히 형태만 다른 것이 아니라 후속 아밀로이드 성장 과정에도 서로 다른 영향을 줄 수 있음을 확인했다.

 

신경모세포종 세포주인 SH-SY5Y를 이용한 실험에서도 고회전 조건에서 생성된 올리고머 우세 아밀로이드는 저회전 조건의 섬유 포함 구조보다 대사활성 감소와 LDH 방출 증가, 세포골격 및 핵 형태 변화가 더 크게 나타났다.

 

이번 연구는 기존처럼 기계적 교반을 단순한 아밀로이드 응집 촉진 요소로 이용하는 것을 넘어, 회전 속도를 프로그래밍 가능한 물리 변수로 활용해 아밀로이드 응집 경로를 선택적으로 조절했다는 점에서 의미가 있다. 특히 화학 첨가물 없이 RPM 조절만으로 섬유 우세 상태와 올리고머 우세 상태 간 전환을 유도함으로써, 향후 아밀로이드의 구조·응집 동역학·세포 반응 간 관계를 연구하는 물리적 제어 플랫폼으로 활용될 것으로 기대된다.

 

이번 연구에는 고려대학교 세종캠퍼스 생명정보공학과 노석범·송은지 대학원생이 공동 제1저자로 참여했으며, 고려대학교 이규도 교수가 교신저자로 연구를 총괄했다.

 

연구 성과는 나노·마이크로 과학 분야 국제학술지 ‘Small’(Impact Factor 11.8, JCR 상위 8.1%)에 2026년 8월 25일 온라인 게재됐으며, 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’에 등재됐다. 논문명은 ‘Mechanochemically Programmed, Oligomer-Selective Amyloid Assembly via Axial Rotation’이다.

 

한편, 이번 연구는 한국연구재단, 보건복지부 및 과학기술정보통신부의 정보통신 방송혁신 인재양성사업(ITRC)의 지원을 받아 수행되었다.

고려대학교 세종캠퍼스

대외교류팀