기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀은 TANC2 단백질* 결손이 자폐 및 뇌 발달장애를 유발하는 매커니즘을 규명했다. 이로써 TANC2 유전자 돌연변이에서 기인한 자폐 및 뇌 발달장애 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

*TANC2 단백질: 신경세포의 흥분성 시냅스 (synapse)에 존재하는 단백질로 신경세포의 발달에 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있으며 TANC2 돌연변이와 자폐 및 뇌질환의 연관 가능성이 보고되었다.

자폐증(Autism spectrum disorders)은 뇌 발달장애의 한 종류로서, 세계 인구의 약 2%가 앓고 있다. 뇌의 발달은 세포 내 다양한 신호전달(signaling) 체계에 의해 조절된다. 그중 ‘mTOR 신호전달*’은 신경세포를 포함한 대부분 세포의 발달과 기능을 제어한다. 여기에는 대사 장애, 뇌 발달장애 등 다양한 질환이 관련되어 있다고 알려져 있다. 그러나 신경계에서의 mTOR 조절 기전은 이제까지 알려진 바가 거의 없었다.

*mTOR 신호전달 (mechanistic Target Of Rapamycin signaling): 인산화효소 단백질의 하나인 mTOR와 연관된 신호전달과정으로 세포의 사멸과 생존, 단백질 생산 등을 조절한다. 자폐 및 뇌 발달장애를 유발하는 FMRP, TSC1/2, PTEN 유전자의 돌연변이가 mTOR 신호전달 이상과 관련되어 있다.

시냅스 뇌질환 연구단은 이전 연구에서 ‘TANC2 단백질’이 정상적인 뇌 발달에 필수적임을 규명했다. 이후 다양한 임상연구를 통해 TANC2와 자폐 및 뇌 발달장애의 연관 가능성이 제기되었다. 다만 정확한 발병기전을 밝히지는 못했다. 이번 연구에서는 TANC2 단백질이 mTOR 단백질의 직접 억제자(negative regulator)로서 뇌 발달 및 기능을 조절함을 규명했다.

연구진은 TANC2 단백질과 mTOR 신호전달의 관계를 파악하고자 TANC2 발현이 절반으로 줄어든 자폐증 생쥐모델을 제작했다. 실험 결과, TANC2 단백질 결손이 mTOR 신호전달 단백질의 비정상적 과활성화로 이어져 시냅스 및 기억·학습 등의 뇌 기능이 저하되었다. 이때 mTOR 저해 약물인 라파마이신(Rapamycin)을 투여하면 시냅스 및 뇌 인지 기능이 정상으로 회복되었다. TANC2 단백질이 mTOR 신호전달 단백질을 저해하여 뇌 기능을 조절한다는 의미다.

나아가 인체의 신경세포에서 TANC2가 줄어들면 mTOR 신호전달체계가 비정상적으로 활성화됨도 발견했다. 인간의 신경계에서도 TANC2가 mTOR 저해인자로서 뇌 발달 및 뇌 기능을 조절하는 것이다.

김은준 단장은 “이번 연구로 최근 자폐 및 뇌 발달장애의 원인으로 부상한 TANC2 유전자 변이의 발병 메커니즘을 밝혔다”며,“후속 연구를 통해 mTOR 신호전달 억제제를 TANC2 유전자 돌연변이에서 기인한 자폐 및 뇌 발달장애의 치료에 활용할 수 있을 것”이라고 전했다.

연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.121) 온라인판에 2021년 5월 11일 18시(한국시간)에 게재되었다.