[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 난치성 신경퇴행성 질환인 루게릭병(ALS)의 핵심 병리 기전인 TDP-43 단백질 응집을 효과적으로 억제할 수 있는 새로운 나노소재 치료법을 제시했다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 첨단바이오의약연구부 이영호 박사 연구팀이 동아대, 한국뇌연구원, 서울대 및 미국과 일본 국제협력 연구를 통해 그래핀 양자점(GQDs)이 TDP-43 단백질의 비정상적인 응집인 아밀로이드 피브릴 형성을 효과적으로 차단하고, 세포 내 액액상분리(LLPS) 현상을 제어함으로써 신경세포 보호 효과를 나타낸다는 것을 입증했다고 20일 밝혔다.
루게릭병은 운동 신경세포가 퇴행해 근육 마비와 호흡 부전을 일으키는 치명적인 질환이다. 대부분의 루게릭병 환자에서 TDP-43 단백질의 세포질 내 응집이 관찰되며, 이는 신경세포 기능 장애 및 사멸을 초래하는 주요 원인으로 알려져 있다.
따라서 루게릭병 치료제 개발을 위해서는 TDP-43의 아밀로이드 피브릴과 같은 단백질 응집을 효과적으로 조절하는 것이 중요하다.
그래핀 양자점은 수 나노미터 크기의 탄소 기반 나노소재로, 생체적합성이 높고, 혈뇌장벽을 통과할 수 있는 특성을 지닌다.
연구팀은 실험을 통해 그래핀 양자점이 TDP-43 단백질과 직접 상호작용하여 단백질 응집을 효과적으로 차단하고, 나아가 신경세포에서 TDP-43 관련 독성을 줄이며 세포 생존율을 증가시키는 효과를 확인했다.
또한, 루게릭병을 유발하는 다른 원인 단백질인 FUS 및 C9orf72 돌연변이 모델에서도 그래핀 양자점이 신경 보호 효과를 보이는 것이 확인되었다. 이는 그래핀 양자점이 루게릭병 외에도 다양한 신경퇴행성 질환에서 공통적으로 관찰되는 단백질 응집을 억제할 수 있다는 것을 보인 것이다.
기존의 치료제들은 신경 보호나 항염증 효과에 중점을 두고 있지만, 단백질 응집을 직접적으로 타깃 하는 치료법은 거의 없었다. 하지만 이번 연구로 그래핀 양자점이 단백질 상전이·상분리를 제어할 수 있음을 보여주며 루게릭병뿐만 아니라 다양한 신경퇴행성 질환 치료제 개발의 새로운 가능성을 제시했다.
이영호 박사는 “이번 연구로 다양한 학문과 분석기술을 융합하고 국제 협력 연구를 통해 성공적인 연구 결과를 얻을 수 있었고, 아직 국내에서는 연구가 왕성하게 진행되지 않고 있는 단백질 응집 및 상분리 기전 연구의 중요성을 알릴 수 있는 좋은 기회가 됐다”며 “향후 in vitro, in vivo, in silico 연구 등을 융합해 보다 체계적인 연구를 통해 그래핀 양자점과 같이 단백질 상전이·상분리를 조절해 퇴행성 질환을 극복할 수 있는 물질을 발굴하고 개발해 나아갈 것”이라고 설명했다.
한편 이번 연구결과는 나노과학 분야 최상위 학술지인 ‘ACS Nano’에 지난 4일 오픈엑세스로 게재됐다.
