김명옥 교수 "치매 예방제 활용 기대…알츠하이머發 대사질환 치료 가능"
국내 연구진이 세계 최초로 짧은 서열의 9개 펩타이드로 현재 뇌질환 치료제의 문제 중 하나인 혈액뇌장벽 통과 문제를 해결했다.
과학기술정보통신부는 경상국립대학교(GNU) 생명과학부/응용생명과학부 김명옥 교수팀이 항당뇨 호르몬 중 하나인 아디포넥틴의 수용체에 특이적으로 결합이 가능한 천연단백물질 유래 9개 서열 펩타이드로 알츠하이머병을 치료할 수 있는 신물질 개발에 성공했다고 밝혔다.
퇴행성 뇌질환 중 하나인 알츠하이머병은 비정상적 단백질(아밀로이드 베타, 과인산화타우 등)의 응집, 신경세포의 사멸과 비정상적 신경교세포의 염증 반응 등을 동반하나, 유전적·환경적 요인의 다양성으로 인해 기전을 밝히는 것에 어려움을 겪고 있었다.
그러다 최근 알츠하이머병에 관한 새로운 병리학적 특징들이 밝혀지고 있으며, 그중 신경세포의 에너지 대사 저하가 주목받고 있다.
특히, 신경세포의 에너지 대사 저하의 주된 원인으로 대사 질환의 병리학적 특징 중 하나인 인슐린 저항성으로 지목되면서, 인슐린 저항성 개선을 통한 알츠하이머병 치료 기술이 점점 모습을 드러내고 있다.
하지만, 체내 단백질을 정제해서 치료 물질로 쓰기에는 현실적인 어려움이 컸다.
이에 김명옥 교수팀은 체내에 존재하는 단백질 가운데 에너지 대사를 촉진하는 단백질인 아디포넥틴에 주목, 치매 환자의 뇌 조직에서 아디포넥틴 수용체 1의 발현이 현저히 감소함을 규명했다.
아디포넥틴은 지방세포에서 분비되는 단백질로, 인슐린 저항성을 억제하는 기능을 가지며, 아디포넥틴 수용체를 통해 작용하는데, 아디포넥틴 수용체 1은 뇌에서 특히 많이 발현된다.
이는 신경세포의 아디포넥틴 신호 전달을 다시 활성화하는 것이 알츠하이머병 치료를 위한 새로운 방식임을 의미하는 중요한 단서이다.
연구팀은 아디포넥틴과 상동성을 가진 천연 단백 물질을 바탕으로 동일한 효능을 보이면서 동시에 크기를 줄인 9개 길이의 짧은 서열의 펩타이드를 개발했다. 짧은 서열의 펩타이드는 합성이 용이하여 경제성까지 확보하기 위함이다.
해당 물질은 아디포넥틴과 상동성을 가진 천연단백물질로 표준화했을 뿐만 아니라 합성이 용이하여 충분한 경제성도 확보한 것으로 평가된다.
또한 연구팀은 알츠하이머병에서 나타나는 여러 병리학적 특징인 비정상적 단백질 응집의 완화, 신경세포 인슐린 저항성 회복, 시냅스 및 인지 기능 회복 등을 확인해 알츠하이머병의 치료제 개발 가능성을 제시했다.
아울러 연구팀은 이 논문의 주된 내용으로 바탕으로 알츠하이머 치료제의 개발과 실용화·상용화를 염두에 두고 미국, 중국, 독일, 프랑스, 영국, 대한민국에 이미 특허 등록을 완료하는 등 원천기술을 확보한 상태이다.
김명옥 교수는 “현재 어려움을 겪고 있는 알츠하이머병 치료제 개발에 새로운 방식이 필요했다”며 “현재 치매(알츠하이머병) 치료용 펩타이드로서의 치매 치료제는 세계적으로 아직 초기단계”라고 밝혔다.
이어 “현재 이번 연구에서 도출된 알츠하이머병에 대한 치료용 펩타이드뿐만 아니라, 뇌-대사질환에 확장이 가능해 알츠하이머병에서 오는 대사질환(당뇨 등)까지 치료 가능성을 확대할 수 있을 것”이며, “체내 투여 펩타이드 농도를 조절하여 향후 치매 예방제로도 기대할 수 있다”라고 설명했다.
한편, 이번 연구성과는 한국연구재단(과기정통부) 원천사업실 내 ‘뇌과학원천기술 개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.
연구 성과는 알츠하이머병을 뇌의 에너지 대사 저하 관점으로 접근해 알츠하이머병을 치료할 수 있는 기전을 규명하는 등 새로운 패러다임을 제시한 연구결과를 인정받아 세계적인 학술지 '분자 신경퇴화(Molecular Neurodegeneration)' (인용지수 10, JCR 상위 4%)에 2021년 4월 19일 온라인 발표됐다.
과학기술정보통신부는 경상국립대학교(GNU) 생명과학부/응용생명과학부 김명옥 교수팀이 항당뇨 호르몬 중 하나인 아디포넥틴의 수용체에 특이적으로 결합이 가능한 천연단백물질 유래 9개 서열 펩타이드로 알츠하이머병을 치료할 수 있는 신물질 개발에 성공했다고 밝혔다.
퇴행성 뇌질환 중 하나인 알츠하이머병은 비정상적 단백질(아밀로이드 베타, 과인산화타우 등)의 응집, 신경세포의 사멸과 비정상적 신경교세포의 염증 반응 등을 동반하나, 유전적·환경적 요인의 다양성으로 인해 기전을 밝히는 것에 어려움을 겪고 있었다.
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| ▲김명옥 교수 (사진= 경상국립대학교 제공) |
그러다 최근 알츠하이머병에 관한 새로운 병리학적 특징들이 밝혀지고 있으며, 그중 신경세포의 에너지 대사 저하가 주목받고 있다.
특히, 신경세포의 에너지 대사 저하의 주된 원인으로 대사 질환의 병리학적 특징 중 하나인 인슐린 저항성으로 지목되면서, 인슐린 저항성 개선을 통한 알츠하이머병 치료 기술이 점점 모습을 드러내고 있다.
하지만, 체내 단백질을 정제해서 치료 물질로 쓰기에는 현실적인 어려움이 컸다.
이에 김명옥 교수팀은 체내에 존재하는 단백질 가운데 에너지 대사를 촉진하는 단백질인 아디포넥틴에 주목, 치매 환자의 뇌 조직에서 아디포넥틴 수용체 1의 발현이 현저히 감소함을 규명했다.
아디포넥틴은 지방세포에서 분비되는 단백질로, 인슐린 저항성을 억제하는 기능을 가지며, 아디포넥틴 수용체를 통해 작용하는데, 아디포넥틴 수용체 1은 뇌에서 특히 많이 발현된다.
이는 신경세포의 아디포넥틴 신호 전달을 다시 활성화하는 것이 알츠하이머병 치료를 위한 새로운 방식임을 의미하는 중요한 단서이다.
연구팀은 아디포넥틴과 상동성을 가진 천연 단백 물질을 바탕으로 동일한 효능을 보이면서 동시에 크기를 줄인 9개 길이의 짧은 서열의 펩타이드를 개발했다. 짧은 서열의 펩타이드는 합성이 용이하여 경제성까지 확보하기 위함이다.
해당 물질은 아디포넥틴과 상동성을 가진 천연단백물질로 표준화했을 뿐만 아니라 합성이 용이하여 충분한 경제성도 확보한 것으로 평가된다.
또한 연구팀은 알츠하이머병에서 나타나는 여러 병리학적 특징인 비정상적 단백질 응집의 완화, 신경세포 인슐린 저항성 회복, 시냅스 및 인지 기능 회복 등을 확인해 알츠하이머병의 치료제 개발 가능성을 제시했다.
아울러 연구팀은 이 논문의 주된 내용으로 바탕으로 알츠하이머 치료제의 개발과 실용화·상용화를 염두에 두고 미국, 중국, 독일, 프랑스, 영국, 대한민국에 이미 특허 등록을 완료하는 등 원천기술을 확보한 상태이다.
김명옥 교수는 “현재 어려움을 겪고 있는 알츠하이머병 치료제 개발에 새로운 방식이 필요했다”며 “현재 치매(알츠하이머병) 치료용 펩타이드로서의 치매 치료제는 세계적으로 아직 초기단계”라고 밝혔다.
이어 “현재 이번 연구에서 도출된 알츠하이머병에 대한 치료용 펩타이드뿐만 아니라, 뇌-대사질환에 확장이 가능해 알츠하이머병에서 오는 대사질환(당뇨 등)까지 치료 가능성을 확대할 수 있을 것”이며, “체내 투여 펩타이드 농도를 조절하여 향후 치매 예방제로도 기대할 수 있다”라고 설명했다.
한편, 이번 연구성과는 한국연구재단(과기정통부) 원천사업실 내 ‘뇌과학원천기술 개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.
연구 성과는 알츠하이머병을 뇌의 에너지 대사 저하 관점으로 접근해 알츠하이머병을 치료할 수 있는 기전을 규명하는 등 새로운 패러다임을 제시한 연구결과를 인정받아 세계적인 학술지 '분자 신경퇴화(Molecular Neurodegeneration)' (인용지수 10, JCR 상위 4%)에 2021년 4월 19일 온라인 발표됐다.
메디컬투데이 김민준 ([email protected])
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