알츠하이머 치료 단백질 네트워크 확인

과학기술

알츠하이머 치료 단백질 네트워크 확인
알츠하이머 관련 최대 규모 단백질 분석

2020.04.20 10:03 김병희 객원기자

알츠하이머병 관련 단백질에 대한 최대 규모의 연구 결과, 새로운 치료 대상이 될 수 있는 단백질과 생물학적 과정이 확인됐다.

미국 에모리의대 과학자들이 이끄는 협동연구팀은 미국 전역의 여러 연구센터에서 수집된 다수의 뇌와 뇌척수액 표본에서 3000개 이상의 단백질 발현 패턴 분석 및 수치 측정을 통해 약물로 치료할 수 있는 단백질 네트워크 변화를 발견하는 성과를 거뒀다.

이번 연구 결과는 당 대사(glucose metabolism)를 조절하는 단백질 세트와 함께, 뇌를 지지하는 성상세포와 미세아교세포의 보호 역할에 관련된 단백질들이 알츠하이머 병리 및 인지 손상과 강력하게 연관돼 있음을 시사한다.

‘알츠하이머병 치료약 개발 가속화 파트너십(Accelerating Medicines Partnership for Alzheimer ‘s Disease, AMP-AD)’의 일부로서, 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 노화연구소(NIA) 지원으로 수행된 이번 연구는 의학저널 ‘네이처 메디신(Nature Medicine)’ 13일 자에 발표됐다.

NIA 원장인 리처드 호즈(Richard J. Hodes) 박사는 “이번 연구는 AMP-AD의 협동적인 개방형 과학 플랫폼이 알츠하이머병의 진단과 치료 및 예방을 위한 새로운 접근법을 창출해내는 파이프라인 역할을 한다는 사실을 나타내는 사례”라며, “여러 연구그룹이 생물학적 표본과 데이터 자원을 공유할 때 연구가 가속화될 수 있음을 보여준다”고 연구 의의를 평가했다.

노인들이 가장 두려워하는 알츠하이머병은 의과학자들이 예방과 치료법 개발을 위해 심혈을 기울이고 있는 분야 중 하나로, 차근차근 베일을 벗겨가고 있다. 동영상 캡처. ⓒ NIH

당 대사 및 항염증 반응 관련 단백질에 변화 생겨

미국 에모리대 의대 에릭 존슨(Erik C.B. Johnson) 박사와 니콜라스 세이프리드(Nicholas T. Seyfried) 박사 및 앨런 레비(Allan Levey) 박사, NIA 행동신경과학연구소 임상 및 중개 신경과학부 책임자인 마다브 탐비세티(Madhav Thambisetty) 박사를 비롯한 연구팀은 먼저 뇌에서 생물학적 과정을 반영하는 단백질 그룹(혹은 모듈)을 식별해 냈다.

이어 이 단백질 모듈이 알츠하이머 및 다른 신경퇴행성 질환의 다양한 병리적, 임상적 특징과 어떻게 연관되는지를 분석했다.

분석 결과 인지 기능은 정상이지만 뇌 병리를 가진 개인들과 알츠하이머 환자 모두의 뇌 표본 신경교세포에서 당 대사 및 항염증 반응과 관련된 단백질에 변화가 생긴 사실을 알아냈다.

연구팀은 이것이 신경세포를 보호하도록 설계된 항염증 과정이 질병에 반응해 활성화된 결과일 수 있다고 밝혔다.

이번 연구에서는 인지 기능은 정상이지만 뇌 병리를 가진 개인들과 알츠하이머 환자 모두의 뇌 표본 신경교세포에서 당(glucose) 대사 및 항염증 반응과 관련된 단백질에 변화가 생긴다는 사실을 알아냈다. 뇌의 성상 세포와 미세신경교세포 그림. 동영상 캡처. ⓒ NIH

“당 대사 단백질 모듈, 위험 단백질들로 채워져”

연구팀은 또 뇌척수액에서 발견된 결과를 재생성해 보았다. 그 결과 뇌 조직과 마찬가지로 세포가 포도당에서 에너지를 추출하는 방식에 관여하는 단백질들이 알츠하이머병 환자의 뇌척수액에서는 증가한다는 사실을 발견했다.

이들 단백질 가운데 많은 수는 또한 잠복성 알츠하이머병 환자, 예를 들면 인지 저하 증상은 없으나 뇌 병리를 가지고 있는 사람들에게서 상승한 것으로 나타났다.

중요한 것은 당 대사/신경교(glial) 단백질 모듈이 알츠하이머병의 위험인자로 알려진 단백질들로 채워져 있다는 사실이다. 이는 이런 단백질족에 의해 반영되는 생물학적 과정들이 실제적인 질병 과정에 관여돼 있음을 시사한다.

탐비세티 박사는 “우리는 뇌가 당을 비정상적으로 대사시키는 잘못된 방식과 알츠하이머병 관련 변화 사이의 연계성에 대해 연구해 왔다”고 말하고, “최근의 분석에 따르면 이 단백질들은 또한 초기 단계에서 병을 탐지해 내는 유동 생체표지자로서의 가능성을 가지고 있다”고 설명했다.

알츠하이머병을 일으키는 것으로 여겨지는 아밀로이드 단백질과 타우 단백질. 동영상 캡처. ⓒ NIH

이번 연구 자료, AD 지식 포털에서 활용 가능

이전 연구에서 탐비세티 박사팀은 에모리대 연구진과의 협력을 통해 뇌가 포도당을 분해하는 방식이 비정상적일수록, 기억에 문제가 나타나는 증상 시작을 포함해 특징적인 아밀로이드 플라크와 엉킴의 양이 많아진다는 연관성을 발견한 바 있다.

AMP-AD 표적 발견 프로그램을 감독하는 NIA의 프로그램 디렉터인 수자나 페탄체스카(Suzana Petanceska) 박사는 “이번의 대규모 비교 단백질학 연구는 알츠하이머병의 수많은 생물학적 과정에 걸쳐 있는 대규모 변화들을 지적해 내는 한편, 질병 과정에서 뇌 에너지 대사의 역할과 신경 염증에 대한 새로운 통찰력을 제시한다”고 평가했다.

그는 “이번 연구에서 나온 데이터와 분석 자료는 이미 연구 커뮤니티에 사용 가능하도록 제공됐고, 알츠하이머 치료와 예방을 위한 새로운 표적을 찾아낼 수 있는 풍부한 원천으로 사용되거나, 유동 생체표지자 개발의 기초로 활용될 수 있다”고 설명했다.

이들 연구 자료들은 AMP-AD 표적 발견 프로그램의 데이터 저장소인 AD 지식 포털(AD Knowledge Portal)이나, NIA 지원 아래 공개 과학 원칙에 따라 운영되는 다른 팀-과학 프로젝트를 통해 활용할 수 있다.

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