부처연구성과
뇌염증 단백질 C8-감마의 역할 규명
- 등록일2021-01-11
- 조회수3218
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성과명
뇌염증 단백질 C8-감마의 역할 규명
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연구자명
석경호, 김종헌
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연구기관
경북대학교 의과대학
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사업명
뇌과학원천기술개발사업, 기초연구사업
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지원기관
과학기술정부통신부·한국연구재단
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보도자료발간일
2021-01-07
- 원문링크
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키워드
#뇌염증 단백질 #치매 #C8-감마
- 첨부파일
9 20200107 뇌염증 단백질 C8-감마의 역할 규명-rev.hwp
핵심내용
뇌염증 단백질 C8-감마의 역할 규명
뇌염증 및 치매의 진단/치료를 위한 활용 기대
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 석경호, 김종헌 교수(경북대 의과대학) 연구팀이 치매 병리현상중 하나인 뇌염증에서 농도가 증가하는 생체단백질 C8-감마*의 염증완화 기능을 규명했다고 밝혔다.
※ C8-감마 : 염증반응에 보조역할을 하는 성분 중의 하나인 C8-복합체의 구성 단백체
□ 치매의 주요 병리현상인 뇌염증은 뇌에 발생한 감염에 대응하거나 이물질을 제거하기 위한 세포반응으로, 주로 교세포*(성상교세포와 미세아교세포)의 활성에 의해 일어난다.
○ 경미한 뇌염증은 회복되지만, 과도한 뇌염증은 비가역적인 뇌 손상을 일으켜 치매의 원인으로 작용하기도 한다.
※ 교세포 : 주로 신경세포 생존 및 활성 지지 기능을 가진 성상교세포와 뇌 속 청소를 담당하는 미세아교세포로 구성된다. 병리학적 뇌 환경에서는 뇌염증 기능을 수행한다.
□ 연구팀은 뇌염증이 동반되는 치매 동물모델이나 치매환자의 뇌에C8-감마 단백질 농도가 정상군보다 높게 나타나는 것을 관찰했다. 뇌척수액과 혈액에서도 정상군보다 이 단백질의 농도가 증가해 있었다.
○ 이에 연구팀은 뇌염증 및 알츠하이머병 동물모델을 이용해 급성 뇌염증이 성상교세포를 자극해 C8-감마 발현을 유도한다는 것을 밝히고 이를 실제 알츠하이머 환자의 뇌조직에서 검증하였다.
□ 나아가 C8-감마가 S1P*와 S1PR2(스핑고신-1-포스페이트 수용체2) 간의 상호결합을 경쟁적으로 저해함으로써 과도한 미세아교세포의 활성을 억제하는 기전을 밝혀냈다.
※ S1P(스핑고신-1-포스페이트) : 염증활성 촉진, 세포이동 등 다양한 세포 활성을 유도하는 것으로 알려진 단백질. SIPR2와 S1P의 결합은 미세아교세포의 염증 활성을 촉진함.
○ 치매환자에서 C8-감마의 농도 증가는 진단을 위한 실마리가, 미세아교세포 활성 저해를 통한 염증완화라는 C8-감마의 역할은 치료제 개발 연구의 실마리가 될 수 있을 것으로 기대된다.
□ C8-감마는 다른 조직에서는 C8-복합체 형태로 분비되지만 연구팀이 발견한 독립형 C8-감마는 뇌에서만 특이적으로 발현하여 진단 활용 가능성이 더욱 높고, 또한 생체단백질을 이용한다는 점에서 보다 안전한 치료법 개발의 실마리가 될 것이라는 설명이다.
□ 과학기술정부통신부·한국연구재단이 추진하는 뇌과학원천기술개발사업, 기초연구사업 등의 지원으로 한국과학기술연구원(류훈, 황은미 박사) 및 한국뇌연구원(허향숙, 최영식 박사)과 공동으로 수행된 이번 연구성과는 뇌과학 분야 국제학술지 브레인(Brain)에 2020년 12월 31일자로 온라인 게재(표지논문) 되었다.
상세내용
주요내용 설명
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논문명 |
Gamma subunit of complement component 8 is a neuroinflammation inhibitor |
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저널명 |
Brain |
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키워드 |
Complement component 8-gamma(C8-감마), Spingosin-1-phosphate receptor 2(스핑고신-1-포스페이트 수용체 2), Neuroinflammation(신경염증), Glia(신경교세포), Alzheimer’s disease(알츠하이머병) |
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저 자 |
석경호 교수(교신저자/경북대학교), 김종헌 교수(제1저자/경북대학교), 루카야 아프리디(Ruqayya Afridi)(공저자/경북대), 한진(공저자/경북대), 정현국(공저자/한국과학기술연구원),김성찬(공저자/한국과학기술연구원), 황은미(공저자/한국과학기술연구원), 심현수(공저자/한국과학기술연구원), 류훈(공저자/한국과학기술연구원), 최영식(공저자/한국뇌연구원),허향숙(공저자/한국뇌연구원) |
연구이야기
□ 연구를 시작한 계기나 배경은?
의료기술 및 서비스의 발달로 인류는 초고령화 사회로 진입하고 있다. 이로 인해 치매의 발병률은 크게 증가될 것으로 예상되며 이에 대한 시급한 대비가 필요하다. 본 연구진은 교세포라는 비신경세포가 뇌에서 가장 많이 분포하고 있으며 치매성 뇌 환경 변화에 가장 민감하게 반응한다는 점을 이용하여, 치매 초기부터 발생하는 뇌 이상 및 뇌염증 반응이 치매 조기진단의 열쇠가 될 수 있으며 이를 제어하는 기술로 치매를 완화할 수 있을 것으로 예상하여 연구를 진행했다.
□ 연구 전개 과정에 대한 소개
연구의 시작은 뇌염증을 유도한 마우스의 뇌에서 리포칼린의 변화를 관찰하면서부터였다. 리포칼린은 인간의 체액에서 흔히 발견되는 분비 단백질로 다양한 생리적 기능을 수행한다. 그중 면역칼린이라 불리는 리포칼린은 염증반응과 밀접한 관련이 있다.
본 연구진은 염증 자극 후 변화되는 리포칼린 중 보체 성분 C8-감마의 변화에 주목했다. 문헌 조사에서 흥미롭게도 단백질의 이름에서부터 알 수 있듯이 혈액 내 면역반응 중의 하나인 보체 역할을 수행할 것으로 예상되는 C8-감마가 다른 보체 성분과는 다른 유전자 좌위를 가진다는 소수의 연구 결과가 보고되어 있었다. 특히, 뇌에서의 발현과 기능은 전혀 알려지지 않았다.
이에 뇌염증이 유도된 마우스의 뇌에서 C8-감마를 염색하여 위치를 확인한 결과, 과활성된 성상교세포에 특이적으로 발현되는 것을 확인했고 C8-복합체의 다른 아형인 C8-알파, C8-베타와는 달리 C8-감마의 발현이 독립적으로 증가하는 것을 확인했다. 즉, 기존에 알려진 C8-복합체를 지지하는 단순한 기능을 가질 것이라는 예상과 달리 독립적인 기능을 가지고 있을 것으로 예상하고 이를 증명하기 위해 염증 활성화된 교세포에 C8-감마 재조합 단백질을 처리 후 반응성을 관찰해보았다. 그 결과 C8-감마는 미세아교세포의 염증 활성에 대해 억제성 기능을 가지고 있다는 것을 확인했다. 이에 관한 기전 연구를 위해 세포 밖으로 분비된 C8-감마가 미세아교세포의 수용체에 작용할 가능성이 있다는 가설을 세우고 단백질 구조 기반 상호결합성을 예측해주는 데이터베이스와 분자생물학적 기법을 이용하여 스핑고신 포스페이트-1 수용체2와 결합할 가능성이 높다는 것을 알게 되었다.
흥미롭게도 스핑고신-1-포스페이트는 뇌염증 및 알츠하이어 병의 주요 병인으로 알려져 있다. 따라서 본 연구진은 알츠하이머병 동물 모델과 환자의 뇌에서 C8-감마의 발현을 확인했고 뇌염증 마우스와 유사하게 발현이 유도 및 증가되는 것을 확인했다.
이어 알츠하이머병 환자의 체액에서 C8-감마가 검출되는지를 확인했고 뇌척수액과 혈액에서 증가하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 치매 뇌 염증 진단용 바이오마커 활용 가능성을 확인했다. 이어 C8-감마의 항염증 기능이 치매 증상을 완화할 수 있는지 확인하기 위해 치매 동물 모델을 이용하여 C8-단백 주입 및 유전자 넉다운 후 치매 증상을 대조군과 비교했다. C8-감마 단백의 주입은 치매 마우스의 기억력 감퇴를 완화했으며 유전자 넉다운으로 인해 증상이 심해지는 것을 확인했다. 이러한 결과로 C8-감마의 항염증 기능이 뇌염증을 제어하여 치매 증상을 완화할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?
지금까지 다른 보체 성분에 관해서는 이미 많은 연구가 진행되었으나 C8-감마에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 연구의 방향성을 설정하는데 있어 어려운 점이 많았다. 단백체 데이터베이스 조차도 C8-알파와 C8-감마를 같은 단백체로 분류하거나 잘못된 정보로 게재된 경우도 있었다. 항체 및 원인/결과 분석을 위한 넉아웃 마우스 등 연구 자원도 부족했다. 이러한 장애 요소에도 불구하고 꾸준히 한 단계씩 나아가 결국 독창적인 연구를 수행할 수 있었다.
□ 이번 성과, 무엇이 다른가?
보체 성분은 일반적으로 감염원에 대한 방어기전으로 염증을 유발하는 것으로 알려져 있다. C8-감마 또한 보체 성분의 일원일 것이라는 추측과 함께 크게 주목 받지 못하고 있었다. 하지만 본 연구진은 기존에 알려진 사실과 다르게 초기 뇌염증 반응으로 C8-감마가 뇌의 성상교세포에서 특이적으로 발현되는 것을 확인했고 뇌염증을 억제한다는 것을 처음으로 규명했다. 또한 이를 이용하여 C8-감마의 치매 조기진단 기술 응용 가능성과 스핑고신 포스페이트-1 수용체2의 저해 효과를 기반으로 뇌염증 치료제 개발 활용 가능성을 밝혔다. 즉, 치매 진단 및 치료가 동시에 가능한 C8-감마 단백을 발견하였다.
□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?
C8-감마가 C8-복합체와 결합하는 기전을 연구하여 뇌 및 치매 특이성이 더욱 향상된 항체 및 진단 키트를 개발하고자 하며, 스핑고신 포스페이트-1 수용체2는 뇌혈관에도 많이 분포되어 있어 C8-감마가 뇌혈관성 치매 및 뇌혈관 염증에도 효과가 있는지 연구하고자 한다. 또한 뇌염증은 치매뿐만 아니라 퇴행성 뇌질환의 공통적인 반응성이기 때문에 따라서 C8-감마의 치료 효과가 다른 다양한 뇌질환에도 나타나는지 연구할 계획이다.
...................(계속)
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