나노기술로 암·알츠하이머 유발 단백질 형성 원리 찾아

[이데일리 강민구 기자] 기초과학연구원(IBS)은 천진우 나노의학연구단장, 곽민석 연구위원 연구팀이 전영욱 캘리포니아주립대 교수와 함께 조직발달에 중요한 역할을 하는 노치 수용체 신호 활성화 과정과 알츠하이머의 원인으로 알려진 아밀로이드 베타 형성 과정을 알아냈다고 10일 밝혔다.

노치 신호전달은 세포분열, 신경세포 발생을 조절하는 중요한 세포 간 상호작용이다. 잘못된 노치 신호는 다양한 질병의 원인이 된다. 아밀로이드 전구체 단백질로부터 형성되는 아밀로이드 베타는 조직 내 쌓여 신경손상을 초래하고, 알츠하이머 질환의 발병에 관여한다.

천진우 기초과학연구원 나노의학연구단장(왼쪽), 전영욱 캘리포니아주립대 교수(가운데), 곽민석 기초과학연구원 연구위원(오른쪽).(사진=기초과학연구원)

노치 활성화와 아밀로이드 베타 형성은 세포막에 있는 두 가지 다른 종류의 효소에 의한 노치 수용체, 아밀로이드 전구체 단백질의 순차 절단 과정을 거쳐 일어난다. 이러한 과정이 시공간적으로 정확하게 조절되는 분자학적 메커니즘과 효소들의 기질 특이성에 대해 알려진 바가 상대적으로 부족했다.

연구팀은 세포 사이의 접합을 제어하는 구조인 접착연접이 순차 절단 과정 순서를 결정하는 공간 스위치 역할을 하며, 정상 노치 신호 제어에 필요하다는 사실을 확인했다. 노치 수용체·리간드(수용체와 결합해 활성을 조절하는 물질) 상호작용과 수용체의 첫 절단 과정이 접착연접 구조 바깥에서, 두 번째 절단 과정은 접착연접 구조 속에서 일어난다는 것도 알아냈다.

연구 과정에서 특정 수용체에 기계적, 시공간적 자극을 전달할 수 있는 나노기술인 ‘메카노제네틱스(Mechanogenetics)’를 이용해 접착연접이 감마 세크레타제 효소를 높은 농도로 모집하고, 첫 절단 과정을 거치지 않은 노치 수용체 접근을 차단한다는 사실도 확인했다.

실제 유전자 편집 기술로 카드헤린 단백질의 발현을 없애자 노치 신호가 활성화되지 않는 것으로 나타났다. 발달 중인 생쥐 뇌의 신경줄기세포의 카드헤린 발현을 억제하자 줄기세포들이 비정상적으로 빠르게 뉴런으로 분화했다. 이로써 접착연접에 의한 노치 신호 제어 과정이 신경계 발달과정에 관여한다는 것을 입증했다.

연구팀은 또 아밀로이드 전구체 단백질을 발현하는 세포에서 접착연접 형성을 억제했을 때 아밀로이드 베타가 형성되는 양이 줄어드는 것도 발견했다. 단백질 절단 과정을 제어해 알츠하이머의 주요 원인으로 알려진 아밀로이드 베타 형성을 억제할 수 있음을 보여줬다.

전영욱 교수는 “노치 신호 활성화와 아밀로이드 베타 형성에 필요한 단백질의 순차 절단 과정의 분자·세포학적 메커니즘을 처음 제시했다”고 했다. 곽민석 연구위원도 “비정상 세포 신호 전달에 의한 암 관련 연구와 아밀로이드베타 형성 억제를 통한 알츠하이머 질환 치료제 연구에 기여할 것으로 기대한다”고 했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 셀 바이올로지 (Nature Cell Biology)’에 지난해 12월 2일 온라인 게재됐다.