G 단백질 연결 수용체(GPCR)는 세포막에 존재하는 막 단백질로, 외부의 다양한 신호를 세포 내부로 전달하는 데 핵심적인 역할을 합니다. GPCR은 호르몬, 신경전달물질, 감각 자극 등 다양한 리간드에 반응하여 세포 내 G 단백질을 활성화시키고, 이를 통해 다양한 생리적 반응을 유도합니다. 이러한 GPCR의 신호전달 메커니즘은 세포의 항상성 유지와 질병 발생에 밀접하게 연관되어 있어, GPCR은 신약 개발의 주요 표적이 되고 있습니다. 정가영 교수 연구실에서는 GPCR의 신호전달 과정에서 일어나는 구조적 변화와 다이나믹스를 심도 있게 연구하고 있습니다. 특히, GPCR이 G 단백질 및 arrestin과 상호작용할 때 발생하는 입체적 변화와 신호 선택성의 분자적 원리를 규명하고자 다양한 구조생물학적 기법을 활용하고 있습니다. X선 결정학, 전자현미경, 수소/중수소 교환 질량분석법(HDX-MS) 등 첨단 분석기술을 통해 GPCR 복합체의 구조와 동적 변화를 정밀하게 관찰하고, 이로부터 신호전달의 세부 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 이러한 연구는 GPCR 신호전달의 기본 원리를 이해하는 데 그치지 않고, GPCR을 표적으로 하는 신약 개발에도 직접적으로 기여하고 있습니다. GPCR의 구조적 특성과 신호전달 경로의 선택성을 조절함으로써, 부작용이 적고 효능이 뛰어난 차세대 치료제 개발에 중요한 기반을 제공하고 있습니다. 또한, 다양한 질환과 연관된 GPCR 변이체의 기능적 특성을 분석함으로써, 맞춤형 의약품 개발에도 기여하고 있습니다.

수소/중수소 교환 질량분석법(HDX-MS)은 단백질의 입체구조와 다이나믹스, 그리고 단백질-단백질 또는 단백질-리간드 상호작용을 분자 수준에서 분석할 수 있는 강력한 도구입니다. 이 기법은 단백질의 아미노산 백본에서 수소가 중수소로 교환되는 속도를 측정함으로써, 단백질의 구조적 유연성, 결합 부위, 그리고 구조 변화의 정도를 정밀하게 파악할 수 있습니다. 정가영 교수 연구실은 HDX-MS를 활용하여 GPCR, G 단백질, arrestin 등 다양한 신호전달 단백질의 구조적 변화와 상호작용 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 예를 들어, arrestin의 활성화 과정이나 GPCR-G 단백질 복합체의 결합 및 해리 과정에서 일어나는 미세한 구조 변화를 HDX-MS로 분석하여, 신호전달의 동적 특성을 규명하고 있습니다. 또한, 단백질 변이체나 약물 결합에 따른 구조적 변화를 비교함으로써, 신약 후보물질의 작용 메커니즘을 분자 수준에서 이해하고 있습니다. 이러한 연구는 구조생물학 및 약학 분야에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. HDX-MS 기반의 정밀 분석을 통해 단백질의 기능적 구조와 변이체의 병리적 특성을 규명함으로써, 질병의 분자적 원인 규명과 신약 개발에 필수적인 정보를 제공하고 있습니다. 또한, 다양한 신호전달 단백질의 상호작용 네트워크를 해석함으로써, 복잡한 생명현상의 이해와 치료 전략 수립에 기여하고 있습니다.