UNIST와 KAIST 연구진이 산화환원 비활성 금속의 종류에 따라 항암전구체 물질의 합성 반응이 달라진다는 사실을 새롭게 밝혔다. 항암전구체 약리작용 연구를 통한 신약 개발 등에 도움이 될 전망이다.

UNIST(총장 이용훈) 화학과 조재흥 교수팀은 KAIST(총장 이광형) 화학과 백무현 교수팀과의 공동 연구를 통해 산화환원 비활성 금속이 하이드록시메이토 코발트(III) 합성에 관여한다는 사실을 알아냈다. 하이드록시메이토 코발트(III)는 나이트릴과 금속-활성산소 종이 반응해 생기는 물질이다. 암세포에서 과도하게 발현되는 특정 효소를 억제할 수 있어 암세포만 골라 죽이는 항암전구체 후보 물질로 꼽힌다.

연구 결과에 따르면 산화환원 비활성 금속의 유무와 그 종류에 따라 나이트릴과 코발트-퍼옥소 종(금속-활성산소 종)이 반응해 합성되는 생성물이 달라졌다. 산화환원 비활성 금속이 없을 때는 두 물질이 반응해 항암전구체인 하이드록시메이토 코발트(III)가 만들어졌지만, 약한 산(acid) 역할을 하는 산화환원 비활성 금속이 있을 때는 퍼옥시이미데이토 코발트(III)가 합성됐다. 반면 강한 산 있는 경우에는 나이트릴과 금속-활성산소 종이 서로 반응하지 않았다.

산화환원 비활성 금속이 약산으로 작용할 때 합성되는 퍼옥시이미데이토 코발트(III)는 하이드록시메이토 코발트(III) 생성 화학반응의 중간 단계 생성물로 밝혀졌다. 조 교수 연구팀은 ‘17년에 나이트릴과 금속-활성산소 종을 반응시켜 하이드록시메이토 코발트 합성에 최초로 성공한바 있다. 이번 연구로 퍼옥시이미데이토 코발트라는 반응 중간 단계 물질이 생성된다는 사실을 추가적으로 규명했다.

중간단계 물질의 생성은 저온 실험 등으로 확인했다. 또 계산화학 시뮬레이션 연구를 통해 약산으로 작용하는 산화환원 비활성 금속이 코발트-퍼옥소 종을 안정화 시켜 중간 단계 물질인 퍼옥시이미데이토 코발트의 생성 반응을 돕는 구체적 경로도 제시했다. 슈퍼컴퓨터를 이용한 계산화학 시뮬레이션은 백 교수팀이 주도했다.

또, 이번에 연구된 화학 반응은 나이트릴(nitrile)이 포함된 화합물을 전환하는 생화학 촉매 개발에도 응용할 수 있다. 나이트릴은 의약품, 농약, 고무대체품 제조 등에 널리 쓰이는데 질소와 탄소가 단단히 결합돼 있어(삼중결합) 활성화 반응을 일으키기 쉽지 않았다.

조재흥 교수는 “생체 내 효소반응에서 핵심 역할을 하는 산화환원 비활성 금속의 또 다른 기능을 알아냈다는 것과 이를 통해 나이트릴 활성을 조절했다는 점에서 학문적 의미가 크다”며 “이번 연구 결과는 향후 생명화학과 신약 개발 연구 등에 기여 할 수 있을 것”이라고 전망했다.

한편, 산화환원 비활성 금속(Redox-inactive Metal)은 반응성이 낮아 자기 자신은 산화되거나 환원되진 않지만, 금속효소의 활성을 조절할 수 있는 금속이온이다. 광합성 효소에 포함된 칼슘 이온이 대표적이다.

이번 연구는 조재흥 교수 연구팀 김경민 학생(DGIST 파견연구원)이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 화학분야 저명 국제학술지인 ‘미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)’에 7월 27일자로 온라인 게재됐다.

연구 수행은 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)과 기초과학연구원의 지원으로 이뤄졌다.