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이웃집과학자

국내 연구진, 치매 원인을 밝히다

By 이웃집과학자

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치매의 원인과 신경세포 사멸의 세포와 분자수준의 기전이 밝혀졌습니다. 기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장과 전희정 선임연구원 연구팀은 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 류훈 단장 연구팀과 함께 치매 초기에 나타나는 반응성 별세포에 의한 신경세포 사멸과 치매병증 유도 기전을 처음으로 밝혀냈습니다. 반응성 별세포는 비신경세포인 별세포가 뇌질환으로 인해 크기와 기능이 변한 상태를 말하는데요. 해당 연구는 <Nature Neuroscience>에 게재됐습니다. 

논문 커버 이미지.

출처KIST
신경세포의 사멸과 치매 유도하는 세포

치매는 오랜 기간에 걸쳐 진행되는 질병으로, 치매 후기 단계에 신경 세포 사멸이 유도되면 치매의 진행을 막을 수 없습니다. 따라서 신경세포 사멸 전 단계의 원인과 과정을 이해하는 것이 중요한데요.


새로운 치매 진단법 나왔다.

출처AdobeStock

이에, 연구진은 뇌가 독성 물질을 분해하는 과정에서 나타나는 반응성 별세포가 치매 초기에서도 나타난다는 사실에 주목해 반응성 별세포 중 중증 반응성 별세포가 신경세포의 사멸과 치매를 유도한다는 사실을 실험적으로 증명하는데 성공했습니다.


연구진은 새롭게 개발한 별세포의 반응성 조절 모델을 통해 '경증 반응성 별세포'는 자연적으로 회복되는 반면 '중증 반응성 별세포'는 비가역적으로 신경세포를 사멸시키고 치매를 진행시킨다는 사실을 확인했습니다. 

중증 반응성 별세포에 의한 신경세포 사멸 및 치매 병증 유도 기작

출처KIST

이에 대한 기전으로, 별세포에 의한 독성 물질 분해 과정에서 활성화된 모노아민 산화효소 B (MAO-B) 단백질과 이로 인해 과량 생성된 활성 산소의 한 종류인 과산화수소가 '중증 반응성 별세포'뿐만 아니라, 뇌염증, 질산화 스트레스, 타우 병증 등을 유도해 신경세포를 사멸시키는 원리를 규명했습니다. 이러한 기전은 3D로 구현한 인간 세포 치매 모델과 사후 치매 환자의 뇌에서도 동일하게 관찰됐습니다. 

  • 별세포(astrocyte)

뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포입니다.

  • 반응성 별세포

별세포(astrocyte)는 평소 뇌의 항상성을 유지하는 역할을 하지만, 치매를 포함한 뇌질환에서 별세포의 수와 크기가 증가하고 다양한 기능적 변화를 동반한다고 알려져 있습니다. 이렇게 변화된 별세포의 상태를 '반응성 별세포'라고 합니다.

  • 산화효소 B (MAO-B) 단백질

세포 내 마이토콘드리아에 존재하며 모노아민의 분해를 촉진하는 효소입니다.


지난 수년간 치매 치료제 개발은 주로 아밀로이드 독성 물질인 아밀로이드베타가 치매의 원인 물질이라는 가설에 근거해 진행됐으나 항체치료제 등으로 아밀로이드베타를 제거한 후에도 중증 치매가 지속되는 현상과 아밀로이드베타가 증가해도 치매가 보이지 않는 현상은 설명하기 어려웠습니다. 

경증 또는 중증 반응성 별세포.

출처KIST

이 연구에서 아밀로이드베타 보다는 오히려 중증 반응성 별세포가 치매 유도의 핵심 요소임을 처음으로 증명해 지금까지 치매 병인에 대한 가설로는 설명되지 않았던 부분을 밝혀낸 겁니다.

연구진은 반응성 별세포를 타겟으로 하는 과산화수소 감소만으로 치매 진행이 억제될 수 있음을 확인해 MAO-B 또는 과산화수소를 표적으로 하는 치매의 새로운 진단 및 치료 전략을 세우고 수행할 계획입니다.


전희정 선임연구원은 "뇌의 독성물질과 함께 스트레스, 뇌손상, 바이러스 감염 등에 의한 산화 스트레스 증가로 중증 반응성 별세포가 발생할 수 있는데, 이를 막으면 치매의 진행을 차단할 수 있다"고 연구의 의미를 밝혔습니다. 

류훈 단장.

출처KIST

류훈 단장은 "알츠하이머 치매환자의 뇌에서는 반응성 별세포가 신경세포를 손상시키는 원인으로 작용해 이 반응성 별세포의 비정상적 활성을 제어하는 연구가 중요하다"고 말했습니다.


이창준.

출처KIST

이창준 단장은 "지금까지 알츠하이머 치매의 부산물로만 여겼던 반응성 별세포가 신경세포사멸의 주원인임을 새롭게 밝혀서 기쁘고, 치매로 고통 받는 환자들에게 조금이라도 도움이 되길 바란다"고 전했습니다.


##참고자료##

  • Heejung Chun et al., "Severe reactive astrocytes precipitate pathological hallmarks of Alzheimer's disease via H2O2-production", Nature Neuroscience(2020) 


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