[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 나노기술을 통해 암과 알츠하이머를 일으키는 단백질 형성 원리를 규명했다.
기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 천진우 단장, 곽민석 연구위원 연구팀이 캘리포니아 주립대 전영욱 교수와 공동으로 나노기술과 세포공학 기술을 이용해 조직발달에 중요한 역할을 하는 노치(Notch) 수용체 신호 활성화 과정과 알츠하이머의 주원인으로 알려진 아밀로이드 베타(amyloid-beta, Aβ) 형성 메커니즘을 규명했다.
노치 신호전달은 세포분열 및 신경세포 발생을 조절하는 중요한 세포간 상호작용으로 알려져 왔다. 잘못된 노치 신호는 다양한 질병, 특히 암의 직접적인 원인이 된다.
또 아밀로이드 전구체 단백질(APP)로부터 형성되는 아밀로이드 베타는 조직 내 축적돼 신경손상을 초래하고, 알츠하이머 질환의 발병에 관여한다고 알려진다.
연구팀은 세포 사이의 접합을 제어하는 구조인 접착연접(AJ)이 순차적 절단 과정의 순서를 결정하는 공간적 스위치 역할을 하며, 정상적인 노치 신호 제어에 필수적임을 밝혀냈다.
특히 노치 수용체-리간드(수용체와 결합하여 활성을 조절하는 물질) 상호작용과 수용체의 첫 번째 절단 과정은 접착연접 구조 바깥에서, 두 번째 절단 과정은 접착연접 구조 내에서 일어남을 확인했다.
아울러 연구진은 특정 수용체에 기계적, 시공간적 자극을 전달할 수 있는 메카노제네틱스(Mechanogenetics) 나노기술을 이용해 접착연접이 감마 세크레타제 효소를 높은 농도로 모집하고, 첫 번째 절단 과정을 거치지 않은 노치 수용체 접근을 차단함을 확인했다.
이를 확인하기 위해 CRISPR-Cas 유전자 편집 기술로 접착연접 구조를 이뤄 세포 간 상호 접착을 유지하는 데 주요한 역할을 하는 카드헤린(Cadherin) 단백질의 발현을 제거했을 때 노치 신호가 활성화되지 않음을 확인했다.
이와 함께 달 중인 생쥐 뇌의 신경줄기세포의 카드헤린 발현을 억제하자, 줄기세포들이 비정상적으로 빠르게 뉴런으로 분화했다. 이로써 접착연접에 의한 노치 신호 제어 과정이 신경계 발달과정에 관여함을 확인할 수 있었다.
IBS 곽민석 연구위원은 “이번 연구가 향후 비정상적인 세포 신호 전달에 의한 암 관련 연구와 아밀로이드베타 형성 억제를 통한 알츠하이머 질환 치료제 연구에 크게 기여할 것으로 기대된다”며 “노치 신호를 조절하여 신경계 발달과정을 정확하게 모사하는 브레인 오가노이드 개발로 연구를 확장할 계획”이라고 설명했다.
