약학과 김인수 교수 연구팀,
신규 항바이러스 의약품 개발을 위한 신호탄 제시
  - 화학 분야 세계적 학술지 ‘Angewandte Chemie' 온라인판 9월호 게재

[그림1] 약학과 김인수 교수, Prithwish Ghosh 박사후연구원, 권나연 석박통합과정

약학과 김인수 교수 연구팀(제1저자  Prithwish Ghosh 박사후연구원, 공동 제1저자: 권나연 석박사통합과정)이 항바이러스 의약품 내 핵심구조로 알려져 있는 뉴클레오시드 유사체(nucleoside analogues)를 선택적으로 변환시키는 합성기술을 개발하여 신규 항바이러스 의약품 개발을 위한 청신호를 제시하였다. 이번 연구결과는 화학 분야 세계적 학술지 Angewandte Chemie(IF=12.959) 온라인판 9월호에 게재되었다.

뉴클레오시드 유사체는 DNA와 RNA의 근간이 되는 인산, 당, 염기를 변형시켜 DNA 또는 RNA와 구조적으로 유사하도록 만든 의약품으로, 바이러스 세포에 흡수되어 유전체 합성을 제어할 수 있는 특성을 가지고 있어 항바이러스제로 사용하고 있다. 현재까지 20개 이상의 뉴클레오시드 유사체가 헤르페스(HSV), 에이즈(HIV), B형/C형 간염(HBV/HCV) 등의 바이러스 감염질환 치료에 활용되고 있으며, 특히 신종 코로나바이러스(COVID19) 치료제로 각광받고 있는 렘데시비르(remdesivir) 약물도 뉴클레오시드 유사체로 알려져 있다.

연구팀은 이번 연구를 통해, 손쉽게 활용이 가능한 황 일라이드(sulfur ylides)를 활용하여 뉴클레오시드 유사체 내 핵염기(nucleobase)를 선택적으로 알킬화(alkylation)시키는 합성법을 세계 최초로 개발하였다. 기존에 보고된 핵염기의 알킬화 합성법은 유기용매하에서 적용, 낮은 화학반응성 및 여러 단계를 거쳐야하는 복잡한 공정 때문에 의약품 생산을 위한 추가적인 생산비용 발생 및 대량생산으로의 제약이 있었다. 

황 일라이드는 노벨화학상 수상자인 코리(E. J. Corey) 교수가 1960년에 개발한 시약으로, 삼각고리 화합물 제조에 국한되어 활용되어 왔다. 김인수 교수 연구팀은 뉴클레오시드 유사체를 알킬화하기 위한 효과적인 시약으로 황 일라이드의 중요성을 부각시키는 계기를 만들었으며, 물 또는 알코올이 반응 용매로 사용되어 의약품 생산 비용을 저감할 수 있는 획기적인 합성법으로 평가받고 있다.

김인수 교수는 “이번 연구결과는 탄소-수소 결합의 직접적인 변환반응을 위한 황 일라이드의 새로운 반응성 발견”이라며 “특히 신종 코로나바이러스로 고통 받고 있는 인류에게 항바이러스 의약품 개발을 촉진하는 새로운 신호탄을 제시한 연구이며, 기존 다단계의 합성공정에 기반한 뉴클레오시드 유사체 제조방법을 획기적으로 개선한 최적의 합성법이다”라고 설명했다.

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실지원사업(BRL), 중견연구자지원사업 및 신/변종 바이러스 대응 원천기술 개발 사업의 지원으로 수행되었다.

[그림2]

○ 녹색 선 위 그림 : 황 일라이드(sulfur ylide)에 의해 뉴클레오시드 유사체 내 핵염기 탄소-수소 결합이 알킬기로 치환되는 반응을 나타내는 반응식

○ 녹색 선 아래 그림 : 핵염기에 활용되고 있는 피라지논(pyrazinones) 및 아자유라실(azauracil)과 황 일라이드를 물 용매 하에 반응했을 경우 기존에 알려져 있는 삼각고리 화합물이 생성되는 것이 아니라 핵염기에 알킬화 반응이 진행된다는 것을 제시한 반응식임. 

반응 기전 a는 노벨화학상 수상자인 코리 교수가 제시한 합성법이며, 반응 기전 b는 본 연구를 통해 찾아낸 신규 합성법임. 반응 기전 a와 b의 경로를 조절하기 위해서는 반응 기질, 반응 시약, 용매 및 온도 등의 외부적인 환경 요인이 매우 중요함을 제시함. 

영문으로 제시한 4개의 문장은 화학반응의 독창성 및 우수성을 요약한 것임