2018년 미국의 일괄예산안에는 신경변성 알츠하이머 질병 연구를 위한 자금 4억1,400만 달러(4,620억 원)가 포함되어 있으며, 이는 전년 대비 30% 증가한 것이다.
대표적인 신경변성 질환으로 알츠하이머, 루게릭병, 헌팅턴무도병, 파킨슨병 등이 있다. 최근 발표된 두 건의 연구 논문에서는 신경변성 질환 증상을 완화하기 위해 단백질 총체를 제거하는 나노 스위퍼를 강조하고 있다.
신경변성 질환의 증상
신경변성 질환이란 신경이 변성되어 가는 질환을 말한다. 신경 변성이란 죽어가는 것과 같은 의미로 신경 세포가 하나씩 죽어가면서 신경세포가 결핍돼 기능 손상이 일어나는 것이다.
치매와 기억상실도 신경변성질병과 관련이 있다고 알려졌다.
알츠하이머와 단백질 총체
두뇌 단백질 총체의 구성은 두뇌 기능에 부정적인 영향을 미치는 알츠하이머와 관련이 있다. 이제까지 개발된 단백질 총체를 제거하는 약물은 효능이 부족해 사용 승인을 위한 임상 시험을 통과하지 못했다.
염증도 단백질 총체 구성을 진행하는 것으로 알려져 최근에는 염증 제거 약물이 알츠하이머 치료에 효과적일 수 있다는 제안도 나오게 됐다.
다른 질병처럼, 알츠하이머도 균일하게 발생하지 않는다. 예를 들어, 어떤 사람은 만성 염증으로 판단하는 반면, 혹자는 특정한 결함 혹은 단백질 총체를 촉진하는 결함이 있다고 판단하기도 한다.
신경변성 질병을 치료하기 위해 두 가지 메커니즘을 목표로 해결책을 개발할 필요가 있다. 즉, 염증을 억제할 때조차 질병을 성공적으로 관리할 수 있도록 독성 단백질 총체를 제거하는 치료법이 필요하다.
쥐의 Aβ 총체 감소한 나노스위퍼
알츠이머 환자가 인지기능 악화 증상을 보이는 요인은 두뇌의 뉴런 외부에 있는 Aβ라고 부르는 단백질 펩타이드가 누적됐기 때문이다.
중국 둥베이 사범대학의 진핑 장 박사가 이끄는 연구팀은 불필요한 Aβ를 재활용하기 위해 자가포식 경로를 통해 인근 세포로 이동시키는 '나노스위퍼(nanosweeper)'를 개발했다.
나노스위퍼의 핵심은 새우나 여러 갑각류 동물을 수산화나트륨 같은 알칼리성 물질로 처리해서 만든 양이온 키토산이다.
폴리에틸렌 글리콜(PEG) 코팅 펩타이드가 핵심 입자의 상단에서 층을 이루고 있으며, 독성 Aβ와 자가포식을 활성화하는 베클린-1 단백질을 결합하는 기능을 한다.
PEG는 두 가지 목적이 있다. 첫째는 역효과를 낳을 수 있는 나노스위퍼 자체의 총체를 예방하는 것이다. 나노스위퍼는 Aβ를 결합해 일시적으로 증가하는 총체에 포함할 수 있다.
그러나 PEG의 두 번째 기능은 Aβ 총체를 분산시키는 것이다. Aβ 분산은 나노스위퍼와 Aβ를 세포로 내재화시킨다. 나노스위퍼가 세포 속으로 들어가면, 베클린-1 요소를 통해 재활용 자가포식 프로그램을 활성화한다.
자가포식은 Aβ 같이 과다 혹은 과잉 요소뿐만 아니라 더 이상 필요로 하지 않는 세포기관을 재활용하는 세포 기능이다. 리소좀은 세균 등의 이물질을 소화하는 역할을 하는 세포 내 소기관이다.
자가포식 과정 중 에너지가 배출되는데, 자가포식에 직접 관련된 유전자는 ATG 접두사로 표시한다. 베클린-1 단백질의 공식 유전자 명칭도 BECN1이지만, 자가포식 연구계에서는 ATG6로도 알려져 있다.
한편, 쥐 모델에서 나노스위퍼는 Aβ 총체의 수를 줄여줘 쥐의 기억 문제를 확실하게 해결했다. 이는 매우 희망적인 연구 결과이지만, 알츠하이머 연구에서 쥐 모델은 인간 임상시험 성공으로 해석할 수는 없다.
쥐와 인간 두뇌 간의 근본적인 차이가 있기 때문이다.
ANKRD16 유전자 요법에 관한 연구
캘리포니아 대학의 수잔 L. 애커만 박사가 진행한 연구에서 ANKRD16이라고 부르는 유전자가 알츠하이머같이 신경변성 질환을 유발할 수 있는 단백질 총체 생성을 예방할 수 있다는 것을 확인했다.
단백질은 보통 오류가 발견되면 교정되어 재활용되지만, 노화가 진행될 때는 교정 기능이 제대로 발휘되지 않을 수 있다.
애커만 박사의 연구에서는 ANKRD16의 상향조절 때문에 결함이 생긴 단백질 교정에서 푸르키나 뉴런 세포가 생존하는 결과를 낳았다.
이 교정기능 결함으로 세린의 신진대사에서 오류가 발생했고, 대부분 단백질에 존재하는 아미노산이 탐지되지 않았다.
이렇게 결함 있는 세린이 단백질로 통합되면, 총체가 유발돼 신경변성 질환 증상으로 이어진다. 결함 있는 세린 생성은 곧 노화로 간주한다.
ANKRD16은 결함 있는 세린을 제거하는 안전한 스위퍼 또는 오류 스위퍼로 기능하며, 그 결과 단백질 총체를 예방할 수 있다.
인위적으로 ANKRD16을 상향조절하는 유전자 요법은 신경변성질병에 적절할 수 있다. 그러나 지금까지 쥐를 대상으로만 테스트했기 때문에, 사람을 대상으로 한 확실한 연구가 필요하다.
[메디컬리포트=김성은 기자]