우리 연구진이 알츠하이머병과 관련된 독성 단백질 뭉침을 억제하는 방법을 찾아냈다. 뇌 속 단백질이 해롭게 뭉치는 것을 막고, 이미 생긴 덩어리의 독성까지 낮출 수 있는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST)은 임미희 화학과 교수팀이 이승재 전북대 화학과 교수팀, 이철호·김경심 한국생명공학연구원 박사, 이영호 한국기초과학지원연구원 박사, 박지용 기초과학연구원 박사와 공동으로 알츠하이머병 관련 단백질의 응집과 독성을 조절하는 새로운 원리를 규명했다고 5일 밝혔다.
알츠하이머병의 주요 특징 중 하나는 뇌 속에 '아밀로이드 베타'라는 단백질이 비정상적으로 뭉쳐 쌓이는 것이다. 이 과정에서 만들어지는 독성 응집체는 신경세포에 손상을 줄 수 있다.
연구팀이 활용한 것은 주로 유전자 활동을 조절하는 역할로 알려진 '아연집게 단백질'이다. 아연 이온이 단백질의 접힌 구조를 안정적으로 유지해 주며, 이 구조를 이용해 DNA나 RNA를 인식한다.
연구팀은 이 단백질의 표면이 다른 분자와 결합할 수 있다는 점에 착안했다. 유전자를 조절할 때 쓰이는 단백질을 질병 관련 단백질과 직접 결합하는 도구로 활용했다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통해 분석한 결과, 아연집게 단백질의 특정 부분인 'ZF2-4'가 아밀로이드 베타 응집에 중요한 부위와 직접 결합한다는 사실을 확인했다.
이렇게 결합하자 아밀로이드 베타가 뭉치는 방식이 달라졌다. 아밀로이드 베타가 길게 얽힌 독성 섬유로 자라는 과정이 억제되고, 세포에 덜 해로운 형태의 응집체가 만들어졌다. 이미 형성된 섬유에 ZF2-4를 처리했을 때도 섬유가 짧고 가느다란 조각으로 바뀌면서 세포에 미치는 독성이 낮아졌다.
연구팀은 이 단백질을 뇌까지 보내는 방법도 마련했다. 뇌에는 해로운 물질이 들어오지 못하도록 지키는 '혈액-뇌 장벽'이 있는데, 치료용 단백질도 이 장벽을 통과하기 어렵다. 연구팀은 단백질에 장벽 통과를 돕는 작은 분자를 붙였다. 뇌로 들어갈 수 있도록 일종의 '출입증'을 달아준 것이다. 이렇게 만든 단백질이 'ZF2-4-P9'이다.
이를 알츠하이머병의 특징을 보이는 생쥐에 투여한 결과, 대조군보다 대뇌피질과 해마의 아밀로이드 베타 침착이 각각 약 53% 감소했다.
뇌 면역세포인 '미세아교세포'가 과도하게 활성화되는 현상도 줄었다. 미세아교세포는 뇌를 보호하지만, 지나치게 활성화되면 염증 반응에 관여할 수 있다. 변형 단백질을 투여한 생쥐에서는 이 세포의 활성화가 대조군보다 대뇌피질에서 약 29%, 해마에서 약 50% 감소했다.
행동실험에서는 익숙한 물체와 새로운 물체를 구별하는 '인식 기억'이 개선됐다. 다만 다른 기억·학습 검사에서는 통계적으로 유의한 개선이 확인되지 않았다. 이번 결과는 동물실험에서 확인한 것으로, 사람에게 적용하기 위해서는 치료 효과와 장기 안전성 등을 추가로 검증해야 한다.
임미희 교수는 “이번 연구는 유전자 조절 도구로 잘 알려진 아연집게 단백질이 질병 유발 단백질과 직접 결합해 병적인 응집 과정을 억제할 수 있다는 사실을 보여줬다”며 “이 원리를 활용하면 앞으로 특정 질병 단백질을 겨냥하는 새로운 단백질 기반 치료제를 설계하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'에 9월 30일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
