Lab for Integrated Protein Design & Structure, KAIST

생명과학과 김호민

KAIST 생명과학과 단백질 디자인 & 구조 통합 연구실(Lab for Integrated Protein Design & Structure, LIPDS)은 첨단 구조생물학과 인공지능(AI) 기반 단백질 디자인을 융합하여 생명현상 규명과 혁신적 바이오신소재 개발에 앞장서고 있습니다. 본 연구실은 Cryo-EM(극저온 전자현미경), X-ray 결정학, 음전자염색 EM 등 다양한 구조분석 기법을 활용하여, 세포 간 신호전달, 리간드-수용체 상호작용, 막단백질, 효소, 항체 등 다양한 단백질 복합체의 3차원 구조와 작동 원리를 원자 수준에서 규명하고 있습니다. 특히, 최근에는 AlphaFold, RoseTTAFold 등 AI 기반 단백질 구조 예측 및 디자인 기술을 적극적으로 도입하여, 신약 개발, 진단, 치료용 단백질, 백신 보조제 등 다양한 바이오의약품 개발에 적용하고 있습니다. ProteinMPNN, RF diffusion 등 생성형 AI 모델을 활용한 de novo 단백질 설계, 항체 및 미니바인더 단백질 개발, 면역수용체 활성화 단백질 등 혁신적 단백질 소재 개발에 주력하고 있습니다. 또한, IBS 데이터사이언스 그룹, KAIST 산업디자인학과 SketchLab 등과의 협업을 통해 AI 기반 단백질 디자인 플랫폼 및 시각화 도구 개발에도 힘쓰고 있습니다. 연구실은 세포 간 단백질 커뮤니케이션, 즉 세포-세포 접합, 리간드-수용체 상호작용, 신호전달 복합체의 구조 및 기능 규명에도 집중하고 있습니다. 이를 통해 혈관신생, 신경재생, 면역반응, 암, 감염병 등 다양한 생명현상과 질병의 분자적 메커니즘을 밝히고, 맞춤형 치료 전략 및 신약 후보물질 개발에 기여하고 있습니다. 실제로, TLR4/MD-2, LRG1-LPHN2, IGF/IGFBP/ALS ternary complex, TMEM87A(GolpHCat) 등 다양한 단백질 복합체의 구조 규명과 신호전달 메커니즘 연구를 통해, 신약 표적 발굴과 구조 기반 신약개발의 토대를 마련하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 다수의 Nature, Nature Communications, Cell, Science 등 세계적 학술지 논문 발표와 함께, VEGF-Grab, LRG1 등 혁신적 바이오신소재의 특허 출원 및 기술이전, 다양한 정부 및 산업체 연구과제 수행 등으로 이어지고 있습니다. 또한, 연구실은 구조생물학, 단백질 디자인, 신약개발, 진단, 백신 등 다양한 분야의 융합연구를 통해, 미래 바이오산업을 선도할 인재 양성과 혁신적 연구 생태계 구축에도 기여하고 있습니다. 앞으로도 KAIST 단백질 디자인 & 구조 통합 연구실은 구조생물학과 AI 기반 단백질 디자인의 융합을 통해, 생명현상 이해의 지평을 넓히고, 혁신적 바이오신소재 및 신약 개발을 선도하는 세계적 연구실로 도약할 것입니다.