새로운 AI 도구 RibbonFold의 개발
라이스 대학과 창핑 실험실의 연구진이 협력하여 새로운 AI 도구인 RibbonFold를 개발했습니다. 이 도구는 알츠하이머와 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환과 관련된 단백질이 어떻게 잘못 접히는지를 밝혀내는 데 중요한 역할을 합니다.
- 세계보건기구(WHO)에 따르면 매년 1천만 명이 새로운 치매 진단을 받으며, 이 중 대부분이 알츠하이머입니다. 따라서 RibbonFold의 개발은 이런 방대한 환자 군에 대해 획기적인 영향을 미칠 수 있습니다.
- 컬럼비아 대학교의 2022년 연구에서는 단백질 접힘 오류가 신경 세포 사멸을 야기하여 질병 진행을 가속화한다고 밝혔습니다. 이는 RibbonFold가 질병 연구에 기여할 수 있는 중요한 이유가 됩니다.
비정상적 단백질 구조 예측
RibbonFold는 아밀로이드라는 비정상적인 구조의 단백질을 예측할 수 있는 새로운 계산 방법입니다. 아밀로이드는 신경계가 퇴행하는 환자의 뇌에 축적되는 긴 섬유 구조입니다. 이 연구 결과는 4월 15일 국립 과학 아카데미 회보에 발표되었습니다.
- 아밀로이드 플라크는 알츠하이머병의 대표적인 병변으로, 미국 국립보건원(NIH)에 따르면 질병 발병의 주요 원인 중 하나로 여겨집니다. RibbonFold의 예측 정확성은 이러한 병리학적 현상을 보다 정확하게 모델링할 수 있게 합니다.
- 2023년 발표된 스탠퍼드 대학교 연구에서는 아밀로이드의 초기 적재를 차단하는 약물 개발 실험이 이루어지고 있으며, RibbonFold의 예측 기술이 해당 연구에 활용될 가능성이 높습니다.
AlphaFold를 넘어서는 RibbonFold
RibbonFold는 기존의 AlphaFold와 같은 도구들보다 뛰어난 성능을 보여줍니다. RibbonFold는 특히 비정상적으로 접힌 리본 모양의 아밀로이드 섬유의 구조를 포착하기 위해 설계되었습니다. 연구진은 이미 알려진 아밀로이드 구조 데이터를 활용해 모델을 훈련했으며, 훈련에 포함되지 않은 다른 구조로 이를 검증했습니다.
- AlphaFold는 2021년 단백질 접힘 문제를 해결하는 데 혁신을 가져왔으나, RibbonFold는 특히 변형된 단백질 구조에 대해 더 나은 예측을 제공합니다. 이는 3차원 구조 문제에 최적화된 아키텍처 덕분입니다.
- RibbonFold의 뛰어난 검증 능력은 다양한 신경퇴행성 질환의 생체 표지자로서 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 약물 반응성을 시험하는 데에도 활용될 수 있습니다.
단백질 오염의 이해와 질병 진행
이 연구는 아밀로이드가 시간이 지남에 따라 더 불용성의 구조로 변화할 수 있음을 시사하며, 이는 질병 진행에 기여할 수 있습니다. 이 발견은 신경퇴행성 질환 치료 접근 방식을 재정립할 수 있는 가능성을 열어줍니다.
- 아밀로이드 침착의 진행은 질병의 중증도를 가속화하므로, 이를 사전에 예측하고 대응할 수 있는 전략 개발이 요구됩니다. 가장 이해하기 어려운 문제 중 하나는 이러한 진행을 세포 수준에서 어떻게 막을 수 있는가 입니다.
- 최근 하버드 의대의 연구에서 불용성이 된 아밀로이드가 신경 연결을 차단하여 인지 기능에 직접적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. RibbonFold의 예측은 이러한 과정의 생리학적 분석을 가속화할 수 있습니다.
신약 개발의 새로운 가능성
RibbonFold는 해로운 단백질 응집체의 구조를 분석하는 정확하고 확장 가능한 방법을 제공합니다. 이는 약물 개발에 새로운 가능성을 열어줄 수 있으며, 가장 질병 관련성이 높은 섬유 구조를 표적으로 약물을 설계할 수 있게 합니다.
- 2022년 미국 FDA에서는 알츠하이머 치료제를 37건 승인했지만, 약효가 기존 치료제를 크게 상회하지 않았습니다. RibbonFold의 활용은 이러한 약물 개발의 새로운 방향을 설정할 수 있게 합니다.
- 질병 관련성이 높은 단백질을 타겟으로 하는 약물은 더 강력하고 직접적인 효과를 발휘할 가능성이 높으며, 이는 궁극적으로 환자의 삶의 질을 개선할 수 있습니다.
단백질 자가조립과 구조 생물학의 미스터리 해결
이 연구는 단백질 자가조립에 대한 통찰력을 제공하며, 이는 합성 생체 재료에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 동일한 단백질이 여러 질병을 유발할 수 있는 형태로 접힐 수 있는 이유에 대한 구조 생물학의 오랜 미스터리를 해결했습니다.
- 단백질 구조는 생체 재료 과학에서도 큰 영향을 끼치며, 나노기술 분야에서도 자가조립 메커니즘은 중요합니다. 이런 의미에서 RibbonFold는 단백질의 자가조립 원리를 활용한 혁신적 제품 개발에 기여할 수 있습니다.
- 2023년 MIT 연구진은 동일한 단백질의 다른 접힘이 각각 전혀 다른 생리적 기능을 할 수 있음을 밝혔습니다. 이는 다양한 질병 메커니즘 및 치료 전략 연구에 있어 지정학적 효율성을 높일 수 있는 요소로 작용할 것입니다.
연구 지원과 협력
이번 연구는 국가 과학 재단, 웰치 재단 및 창핑 실험실의 지원을 받았습니다. 연구의 공동 제1저자는 Liangyue Guo와 Qilin Yu이며, Di Wang과 Xiaoyu Wu도 연구에 참여했습니다.
- 연구 지원 기관들은 보통 수백만 달러 규모의 자금을 투입하여 혁신적인 생명과학 연구를 촉진하고 있으며, 이는 장기적으로 의학 발전에 중대한 기여를 합니다.
- 국제적인 협력 연구는 지식의 경계를 확대시키며, 이는 특히 다학제적 접근이 요구되는 신경퇴행성 질환 연구에서 결정적 역할을 합니다.
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