포스텍 화학생물학연구실
화학과
임현석
포스텍 화학생물학연구실은 생유기화학을 기반으로 한 혁신적 분자 설계와 합성, 그리고 이를 활용한 신약 후보물질 발굴에 중점을 두고 있는 연구실입니다. 본 연구실은 펩토이드, 펩티드 유사체, 저분자 화합물 등 다양한 구조의 생체활성 분자를 개발하며, 이들의 생물학적 기능과 응용 가능성을 심도 있게 탐구하고 있습니다. 특히, 세포 투과성과 생체 안정성이 뛰어난 고리형 펩토이드, 이중고리형 펩토이드, 스테이플드 펩타이드 등 구조적으로 특화된 분자의 합성 및 응용 연구를 선도하고 있습니다.
연구실의 또 다른 핵심 분야는 DNA-암호화 라이브러리(DEL) 기술을 활용한 고효율 분자 스크리닝 플랫폼 개발입니다. DEL 기술을 통해 수십만에서 수억 개에 이르는 후보물질을 신속하게 탐색하고, 단백질-단백질 상호작용 저해제, 표적 단백질 분해제, 항암제, 면역조절제 등 다양한 바이오의약품 후보를 발굴하고 있습니다. 이 과정에서 3차원 화학정보 분석, 나노구조체 융합, 비천연 핵산 암호화 등 첨단 융합기술이 적극적으로 활용되고 있습니다.
포스텍 화학생물학연구실은 표적 단백질 분해(TPD)와 단백질-단백질 상호작용(PPI) 조절을 위한 혁신적 화합물 개발에도 주력하고 있습니다. PROTAC, AptaGron 등 차세대 플랫폼을 이용해 암, 면역질환, 신경질환 등 다양한 질환의 표적 단백질을 선택적으로 분해하거나 조절하는 분자를 개발하고 있으며, 이와 관련된 특허와 논문을 다수 보유하고 있습니다. 이러한 연구는 기존 치료제의 한계를 극복하고, 맞춤형 정밀의료 실현에 기여하고 있습니다.
연구실은 다제내성균 제어 항균제, 신경보호제, 분자 수송체, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 또한, 국내외 제약·바이오 산업과의 협력 및 기술이전을 통해 연구성과의 실용화와 산업적 파급효과를 극대화하고 있습니다. 앞으로도 포스텍 화학생물학연구실은 생명현상 이해와 질병 치료를 위한 혁신적 화학기술 개발에 앞장설 것입니다.
이와 같은 연구 역량을 바탕으로, 연구실은 미래 생명과학 및 의약학 분야에서 핵심적인 역할을 수행하며, 차세대 신약 개발과 정밀의료 실현에 기여할 것으로 기대됩니다. 학생과 연구원들에게는 창의적이고 도전적인 연구 환경을 제공하며, 글로벌 경쟁력을 갖춘 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다.
DNA-Encoded Library
Molecular Transporters
Targeted Protein Degradation
생유기화학 기반 펩토이드 및 펩티드 유사체 개발
포스텍 화학생물학연구실은 생유기화학을 기반으로 한 펩토이드 및 펩티드 유사체의 설계와 합성에 중점을 두고 있습니다. 펩토이드는 천연 펩타이드의 구조적 한계를 극복할 수 있는 인공 아미노산 유도체로, 안정성과 세포 투과성, 생체 내 내구성이 뛰어나 다양한 생명현상 조절 및 치료제 개발에 활용되고 있습니다. 연구실에서는 고리형, 이중고리형, 스테이플드 펩토이드 등 다양한 구조의 펩토이드 합성법을 개발하고, 이들의 구조-활성 상관관계를 심도 있게 분석합니다.
이러한 연구는 단순한 분자 합성에 그치지 않고, 실제 생체 내에서의 작용 메커니즘과 응용 가능성까지 포괄합니다. 예를 들어, DNA-암호화 라이브러리 기술을 활용하여 수많은 펩토이드 후보물질을 신속하게 스크리닝하고, 이 중에서 특정 단백질과의 상호작용이 뛰어난 분자를 선별합니다. 이를 통해 단백질-단백질 상호작용 저해제, 신약 후보물질, 분자 수송체 등 다양한 응용 분야로의 확장이 가능합니다.
연구실의 펩토이드 연구는 항암제, 항균제, 분자 수송체 등 다양한 바이오의약품 개발로 이어지고 있습니다. 특히, 세포 투과성과 생체 안정성이 우수한 고리형 펩토이드의 개발은 기존 치료제의 한계를 극복할 수 있는 혁신적 접근법으로 주목받고 있습니다. 앞으로도 펩토이드 기반의 신약 개발 및 생명현상 조절 연구는 더욱 활발히 진행될 전망입니다.
DNA-암호화 라이브러리 및 고효율 분자 스크리닝 플랫폼
본 연구실은 DNA-암호화 라이브러리(DEL, DNA-Encoded Library) 기술을 활용한 혁신적 분자 스크리닝 플랫폼 개발에 앞장서고 있습니다. DEL 기술은 수십만에서 수억 개에 이르는 저분자 및 펩토이드 화합물을 DNA 바코드와 결합하여, 대량의 후보물질을 신속하고 효율적으로 탐색할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 기존의 저분자 신약 개발 과정에서 발생하는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다.
연구실에서는 DEL 기반의 3차원 화학정보 분석, 나노구조체와의 융합, 유기반응과 양립하는 비천연 핵산 암호화 기술 등 다양한 혁신적 연구를 수행하고 있습니다. 또한, DEL을 이용한 단백질-단백질 상호작용 조절제, 표적 단백질 분해제(PROTAC), 항암제, 면역조절제 등 다양한 바이오의약품 후보물질을 발굴하고 있습니다. 최근에는 면역 노화 프로브 및 면역조절제 개발, 난치성 내성암 치료제 개발 등 첨단 융합 연구도 활발히 진행 중입니다.
이러한 플랫폼 기술은 신약 후보물질의 발굴뿐만 아니라, 생체 내 기능성 분자 탐색, 바이오센서 개발, 진단 및 치료용 나노구조체 설계 등 다양한 분야로 확장되고 있습니다. 연구실의 DEL 기반 연구는 국내외 제약·바이오 산업과의 협력 및 기술이전으로 이어지며, 미래 정밀의료 및 맞춤형 치료제 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
표적 단백질 분해 및 단백질-단백질 상호작용 조절
포스텍 화학생물학연구실은 표적 단백질 분해(TPD, Targeted Protein Degradation)와 단백질-단백질 상호작용(PPI, Protein-Protein Interaction) 조절을 위한 혁신적 화합물 개발에 주력하고 있습니다. TPD는 기존의 저해제 방식과 달리, 표적 단백질을 직접 분해하여 질병의 원인을 근본적으로 제거하는 차세대 치료 전략입니다. 연구실에서는 PROTAC, AptaGron 등 다양한 플랫폼을 활용하여 암, 면역질환, 신경질환 등 다양한 질환의 표적 단백질을 선택적으로 분해하는 분자를 개발하고 있습니다.
또한, 단백질-단백질 상호작용은 세포 내 신호전달, 유전자 발현, 대사 조절 등 다양한 생명현상에 핵심적인 역할을 합니다. 연구실은 알파-헬릭스 유사체, 스테이플드 펩타이드, 고리형 펩토이드 등 구조적으로 특화된 분자를 설계하여, 특정 PPI를 효과적으로 저해하거나 조절하는 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 암 전이 억제, 면역조절, 신경보호 등 다양한 치료 응용으로 이어지고 있습니다.
특히, SRC-1, NCOA1/STAT6, Skp2/p300 등 주요 단백질의 상호작용을 표적으로 하는 저해제 및 분해제 개발은 특허와 논문을 통해 그 우수성이 입증되고 있습니다. 앞으로도 연구실은 표적 단백질 분해 및 PPI 조절 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 혁신적 연구를 지속할 계획입니다.
1
Aptamer and N-Degron Ensemble (AptaGron) as a Target Protein Degradation Strategy
Al, Mazid M.F., Shkel, O., Ryu, E., Kim, J., Shin, K.H., Kim, Y.K., Lim, H.S., Lee, J.-S.
ACS chemical biology, 2024
2
Synthesis and Structural Characterization of Macrocyclic α-ABpeptoids and Their DNA-Encoded Library
Lee, S., Kwon, H., Jee, E.-K., Kim, J., Lee, K.J., Kim, J., Ko, N., Lee, E., Lim, H.-S.
Organic Letters, 2024
3
Cationic, amphipathic small molecules based on a triazine-piperazine-triazine scaffold as a new class of antimicrobial agents
Dinesh, Kumar S., Park, J.H., Kim, H.S., Seo, C.D., Ajish, C., Kim, E.Y., Lim, H.-S., Shin, S.Y.
European Journal of Medicinal Chemistry, 2022
3
3차원 화학정보 기반 DNA 암호화 라이브러리 생성 및 분석을 위한 혁신
