[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
라이카코리아
배너광고안내
이전
다음
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
브릭이만난사람들
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 1557  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
뇌 손상 회복하는 새로운 단백질 결합 발견
의학약학 KIST (2021-04-08)

- 뇌 손상시 나타나는 염증반응에 의해 유도된 효소가 뇌 손상 회복 방해
- 성인 뇌 신경세포가 복구되기 위해서는 새로운 단백질 결합(Hevin-Calcyon) 필요

 

경북대 김종헌 교수

<경북대 김종헌 교수, Albert einstein college of medicine 정현국 박사, KIST 황은미 책임연구원, 경북대 석경호 교수>


뇌졸중, 외상 등에 의해 뇌가 손상된 환자는 현재로서는 확실한 치료법이 없어 재활치료에 집중하고 있는 것이 현실이다. 특히 성인의 경우에는 어린아이들보다 뇌 손상의 회복 속도가 매우 더디거나 불가능한 것으로 알려져 있는데, 학계에서는 성인의 뇌에는 뇌 기능을 복구할 수 있는 여분의 신경줄기세포가 어린아이보다 부족하기 때문이라고 생각해왔다.

국내 연구진이 뇌 손상 회복에 관련한 새로운 기전을 밝히고, 동물모델 실험에서 실제로 단백질 양의 조절을 통해 뇌 손상 회복 기간을 단축시킬 수 있다는 사실을 규명하여 화제다. 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 황은미 박사팀이 경북대학교 의과대학 석경호 교수팀과의 공동연구를 통해 성인의 뇌 손상이 복구되는 과정에 새로운 단백질 간의 결합(Hevin-Calcyon)이 필요하며, 이 결합은 회복의 초기 단계에서 중요하게 작용한다는 것을 새롭게 확인했다고 밝혔다.

KIST 연구진은 오랜 시간 특징이 알려지지 않았던 뇌의 신경교세포에서 분비되는 단백질인 헤빈(Hevin)과 반응하는 칼시온(Calcyon) 단백질과의 결합을 발견하였고, 이러한 결합이 신경세포의 회복과정에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 과학적으로 증명하였다. 신경세포는 일반적으로 뇌의 기능적 측면에 직접적으로 관여한다고 알려진 세포로, 신경세포가 회복되어야 뇌질환이 치료된다고 볼 수 있다.

연구팀은 뇌 속의 헤빈-칼시온 결합을 증가시키면 뇌 안에서 신경세포 간에 더 많은 연결부위를 빠르게 생성하게 하여 손상된 뇌 기능이 조기에 회복된다는 것을 확인했다. 두 단백질은 정상적인 뇌 조직에서는 결합된 형태의 단백질들이 잘 관찰되나, 외상성 뇌 손상을 받은 환자에게서는 결합 단백질의 양이 현저히 감소하여 있음을 확인하였다.

경북대 연구진은 뇌 손상 동물모델을 결합된 단백질을 통해 이용하여 뇌 손상이 회복되는 과정을 단계적으로 확인하였다. 연구진은 뇌 손상 초기에 진행되는 염증반응으로 인해 유발된 효소단백질이 헤빈을 분해하여 헤빈-칼시온 결합을 저해한다는 것을 발견하였다. 4주 정도면 회복되는 뇌 손상을 입은 동물 실험에서 뇌의 손상 부위에 직접 염증반응 억제제를 투여하면 2~3주 만에 회복될 만큼 빨라졌고, 반대로 염증 단백질을 추가로 투여하면 회복이 더뎌짐을 확인하였다.

공동연구팀은 뇌 손상 회복에 중요한 초기 단계에 과정에 헤빈-칼시온 결합이 부족하게 되면 효과적인 복구과정이 저해될 가능성이 있다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구는 새로운 단백질간 결합을 발견한 KIST 황은미 박사팀과 인간 외상성 뇌 손상을 연구해온 KIST 류훈 박사팀 그리고 다양한 동물모델에서의 염증 연구를 수행해온 경북대 석경호 교수팀이 각자의 전문분야를 살린 5년간의 지속적인 융합연구 결과이다.

KIST 황은미 박사는 “뇌 손상뿐만 아니라 퇴행성 뇌 질환에서도 공통적으로 염증반응이 나타나므로, 이러한 뇌 질환들을 치료하기 위해서는 헤빈-칼시온 결합을 고려해야 함을 알 수 있다.”이라며, “본 연구 결과는 향후 시냅스 형성장애와 관련된 난치성 뇌 질환 치료제 개발로 이어질 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 한국연구재단 뇌원천기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지인 「Cell Death & Differentiation」 (IF : 10.717, JCR 분야 상위 6.229%) 최신호에 게재되었다.

 * (논문명) Hevin–calcyon interaction promotes synaptic reorganization after brain injury
    - (제 1저자) 경북대학교 의과대학 김종헌 연구교수
    - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정현국 연구원
    - (교신저자) 한국과학기술연구원 황은미 책임연구원
    - (교신저자) 경북대학교 의과대학 석경호 교수


연구결과 개요

1. 연구배경
 헤빈 (Hevin)은 1996년 세포의 부착과정에 영향을 미치는 분비단백질로 최초 보고되었으나, 뇌 내에서의 역할은 2011년에 되어서야 흥분성 신경세포에만 선택적으로 성숙과정을 촉진할 수 있다는 사실이 보고되었음. 이후로 많은 과학자들이 헤빈의 신경세포에서의 수용체를 찾기위한 연구를 수행해 왔으나, 긴 시간동안 그 정체가 알려지지 않았기 때문에 본 연구팀이 가진 결합단배질 분석연구기법을 이용하여 수용체를 찾기 위한 연구에 도전하였음.

2. 연구내용
 다양한 결합단백질 분석기법을 이용하여 비교적 짧은 시간내에 헤빈의 수용체인 칼시온 (Calcyon)을 발견하였음. 그러나, 헤빈-칼시온 결합이 가지는 생체 내에서의 중요성을 이해하기 위해서는 두 단백질에 대한 좀 더 깊은 이해가 필요하였으며, 실제 두 단백질의 결합이 어느 시기에 또는 어느 환경에서 중요한 역할을 수행하는지 조사할 필요가 있었음. 두 단백질의 함량이 성인이 될수록 증가하는 것을 확인하였기에 외상성 뇌 손상이나 뇌질환에 많은 연구경험을 가진 공동연구자와의 협력이 해답을 줄 수 있을 것으로 확신하였음.
 5년간에 걸친 공동연구를 통해 KIST 류훈 박사 연구실에서 외상성 뇌 손상을 가진 환자의 뇌조직에서 헤빈-칼시온 결합이 감소되어 있고, 염증반응이 증가되어 있다는 것을 확인하였고, 경북대 석경호 교수님 연구팀에서는 뇌의 운동피질에 국소적인 손상을 주고 3~4주 후에 회복되는 동물모델을 개발하여 시기별로 변화하는 뇌 내의 변화를 헤빈과 칼시온뿐만 아니라, 염증반응의 관련성까지 면밀하게 살펴봐주셨기에 헤빈-칼시온 결합에 관여하는 mmp3 단백질의 역할까지 발견할 수 있었음.

3. 기대효과
 헤빈-칼시온 결합은 성체의 뇌 손상 이후 복구과정에 관여하는 신경-교세포의 상호 작용을 보여주는 대표적인 예가 될 수 있음. 실제 뇌 손상에서 일어나는 염증반응에 의한 단백질 분해 효소들의 역할을 시기적으로 보여줌으로서, 신경세포의 복구과정이 발생과정과 다른 점을 설명하였으며, 이 과정을 잘 조절하면 성인에서도 신경세포의 복구과정이 더 쉽게 진행될 수 있다는 것을 증명하여, 신경세포 복구가 필요한 뇌 손상이나 뇌질환에 실험결과를 적용할 수 있는 가능성을 보여주었음.


연구결과 문답

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

 뇌 내의 성상교세포의 새로운 기능을 알아내기 위해 성상교세포 특이적인 단백질들을 이용하여 다양한 결합단백질 분석연구를 수행하던 중 신경재생효과가 뛰어난 것으로 이미 알려진 헤빈 (Hevin)과 결합하는 칼시온 (Calcyon) 단백질을 발견하게 되었음. 당시에는 많은 연구자들이 헤빈의 수용체를 궁금해하고 있었기 때문에 실제로 뇌 내에서 두 단백질이 결합하고 있다는 사실을 검증하고 당시 박사과정이던 학생연구원과 매우 기뻐했던 기억이 있음. 이 연구결과는 신경세포가 재생되는 과정에 대해 그동안 알려지지 않았던 과학적 사실들을 규명해 냄으로서 뇌 손상뿐만 아니라 뇌질환과정을 이해하고 치료하는데 큰 도움이 될 것으로 예상하여 연구를 시작하였음.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

 성상교세포의 분비단백질인 헤빈은 신경세포의 성장과 성숙을 도와주기 때문에 신경세포 표면에 수용체가 존재할 것이라는 사실은 이미 알고 있었으나, 정확한 정체는 긴 시간동안 베일에 싸여져 있었음. 본 성과는 헤빈의 수용체를 신규로 규명해 내었을 뿐만 아니라, 헤빈과 칼시온이 주로 성체에서 분비량이 높고, 뇌 손상에 의한 염증반응이 유도되면 둘 사이의 결합이 감소한다는 사실을 확인함으로서 성인에서 뇌 손상이 쉽게 복구되지 못하는 이유를 설명할 수 있는 과학적 근거를 제시하였음.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

 뇌 내의 염증반응은 뇌 손상보다는 뇌질환에서 더 많은 연구가 이루어져 왔는데, 과도한 염증반응이 도리어 신경세포의 회복을 억제한다는 사실은 여러 뇌질환에서 이미 검증된 사실임. 손상받은 신경세포가 복구되기 위한 주요 시기(critical period)에 과도한 염증반응을 조절하거나 염증반응을 회피할 수 있는 치료제를 개발한다면 성인에서의 외상성 뇌 손상이나 뇌질환에도 관련기술이 활용될 수 있을 것으로 기대됨.

□ 기대효과와 실용화를 위한 과제는?

 본 연구내용이 실용화까지 이어지기 위해서는 헤빈-칼시온 결합을 통한 세포수준에서의 조절기전이 추가적으로 자세히 연구되어져야 하겠지만, 염증반응으로 분해되는 헤빈을 대신하여 칼시온을 자극할 수 있는 새로운 리간드를 개발한다면 특정질환에 국한되지 않고 다양한 뇌 손상 및 뇌질환에 적용할 수 있는 범용성 치료제 개발에 큰 기여를 할 수 있음.

 

헤빈-칼시온 결합에 염증 활성효소의 작용 매커니즘

 

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
진스크립트 광고