이웃집과학자

한국과학기술연구원(KIST) 치매DTC융합연구단 김윤경, 임성수 박사 연구팀은 치매 유발 원인으로 알려진 타우 단백질의 응집을 초기 단계부터 관찰할 수 있는 동물 모델을 개발했다고 밝혔습니다. 이 신규 플랫폼을 활용하면 치료제 개발 연구를 가속화하고 새로운 치매 기전을 규명할 수 있을 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Progress in Neurobiology>에 게재됐습니다.

• 타우 단백질

알츠하이머 질환 발병의 핵심 요인으로 건강한 경우에는 뉴런의 활동을 지지하지만 변형된 경우는 알츠하이머 질환과 관련된 뇌 병변에 기여하는 것으로 알려져 있습니다.

가장 흔한 퇴행성 뇌질환인 알츠하이머성 치매는 뇌 속 베타-아밀로이드 단백질이나 타우 단백질이 응집되는 것이 주요 원인으로 여겨지고 있습니다. 잘 알려진 베타-아밀로이드의 응집은 뇌 기능이 손상되는데 길게는 십 년 이상이 걸리기도 하며 심지어 병변이 나타나지 않는 때도 있어 최근 신경세포사멸에 직접적인 영향을 미치는 타우 단백질이 치매의 새로운 치료 표적으로 급부상하고 있습니다. 

타우 단백질이 응집되기 시작하면, 단백질이 뭉친 형태인 올리고머 형태가 되는데 이는 신경세포 독성을 일으키고 알츠하이머성 치매를 비롯한 다양한 퇴행성 뇌 질환을 전이시키는 매개체로써 작용합니다. 이에 타우 올리고머를 표적으로 한 치매 치료제 개발이 화두에 오르고 있지만 신경세포 내 과량으로 존재하는 정상 타우 단백질로부터 응집 초기에 소량으로 존재하는 타우 올리고머를 구분해낼 실험 방법이 부재한 상황입니다.

• 베타-아밀로이드

아밀로이드 베타 (Aβ 또는 A베타)는 알츠하이머 환자의 뇌에서 발견되는 아밀로이드 플라크의 주성분으로서 알츠하이머 병에 결정적으로 관여하는 36-43개의 아미노산 펩타이드를 의미합니다.

•  올리고머(oligomer)

수 개~수십 개의 단량체(monomer)가 연결된 분자를 말하며, 제한된 숫자의 중합체(예: dimer, trimer)나 굉장히 크거나 무제한의 단량체들로 구성된 폴리머(polymer)와는 구별됩니다.

KIST 김윤경, 임성수 박사 연구팀은 세포에서 타우 올리고머의 형성을 관찰할 수 있는 플랫폼인 '타우-BiFC(Bimolecular Fluorescence Complementation) 플랫폼'을 확립해 이를 동물모델로 확장한 '타우-BiFC 생쥐모델'을 개발했습니다.

이 플랫폼은 신경세포 내에서 타우 단백질이 응집하여 올리고머가 형성되면 형광이 켜지는 시스템으로 타우 응집 초기 올리고머 단계부터 정량적으로 관찰할 수 있다는 장점이 있습니다.

KIST 연구진은 개발한 '타우-BiFC 생쥐'를 통해 단계별로 정량적인 모니터링이 가능했습니다. 생쥐가 어린 나이일 때 타우 올리고머가 생성되어도 세포 자체적으로 분해·제거하는 시스템이 가동되지만, 생쥐가 나이가 들수록 그 기능이 떨어져 타우의 응집이 가속되고 신경이 퇴화하는 특성을 보이는 것을 관찰할 수 있었습니다.

KIST 김윤경 박사는 "타우-BiFC 생쥐모델은 뇌에 쌓이는 타우 단백질의 초기 응집 단계인 올리고머부터 효과적으로 관찰할 수 있는 신규 플랫폼으로, 외국에서 개발된 생쥐모델에 의존하던 기존의 치매 연구를 탈피할 수 있을 것"이라며 "신경세포 독성 및 전이성을 보이는 타우 응집체의 형성을 파악하고 관찰하는 연구는 알츠하이머성 치매를 포함한 타우 병증의 치료제 개발에 있어 중요한 시작점이라 할 수 있다"고 말했습니다.

• 타우 병증

비정상적인 타우 응집체는 알츠하이머성 치매를 포함한 다양한 퇴행성 뇌 질환 환자에게서 발견되는데, 이런 병리학적 특징 때문에 이 신경질환들을 통틀어 타우 병증이라고 합니다.

##참고자료##

• Shin, Seulgi, et al. "Visualization of soluble tau oligomers in TauP301L-BiFC transgenic mice demonstrates the progression of tauopathy." Progress in Neurobiology (2020): 101782.