KBSI-KAIST, 신경퇴행성 질환·암·감염병·당뇨병 연결하는 분자 네트워크 규명

- 다양한 난치성 질환 치료 전략 개발의 새로운 단서 제시 -

다양한 난치성 질환들은 임상적으로는 서로 다른 형태를 보이지만, 분자 수준에서는 공통된 양상을 보인다는 사실이 주목받고 있다. 그러나 이러한 질환 간의 연계성과 분자적 연결 고리는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

이러한 가운데, 국내 연구진이 알츠하이머병과 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환과, 암, 감염병, 제2형 당뇨병 사이의 연관성을 분자 수준에서 규명하며 난치성 질환 치료의 새로운 방향을 제시했다.

한국기초과학지원연구원(원장 양성광, 이하 KBSI) 첨단바이오의약연구부 이영호 박사 연구팀은 한국과학기술원(총장 이광형, 이하 KAIST) 화학과 임미희 교수 연구팀, 건국대학교·영국 캠브리지대학교·일본 토호쿠대학교의 공동 연구진과 함께 서로 다른 질환들을 연결하는 광범위한 분자적 연관성을 체계적으로 규명했다고 발표했다. 이번 연구 결과는 질환-질환 간 상호작용(Disease-disease Interaction)이 각 질환의 발병과 진행에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지를 분자 레벨에서 알기 쉽게 보여 주었으며, 관련 총설 논문이 10월 17일 온라인 게재되었다.

연구진은 임상적으로 서로 다른 양상을 보이는 신경퇴행성 질환, 암, 감염병, 제2형 당뇨병이 단백질 오접힘(Protein Misfolding)*과 응집(Aggregation)*, 만성 염증, 신호전달 경로 이상과 같은 공통된 분자적 과정을 가진다는 점에 주목하였다. 특히, 단백질 오접힘과 응집을 통한 크로스 시딩(Cross-seeding)* 현상으로 서로 다른 단백질 간의 상호작용이 가능함을 확인하고, 이로 인해 신경퇴행성 질환 내 질환-질환 간 연계성과 공병리(Co-pathology)*가 발생함을 규명하였다.

예를 들어, 알츠하이머병의 아밀로이드베타(Amyloid-β, Aβ)와 타우병증의 타우(Tau), 파킨슨병을 포함한 알파시누클레인병증의 알파시누클레인(α-synuclein, αSN)은 서로 상이한 단백질이지만, 오접힘과 응집을 통하여 상호작용하여 공병리 현상의 주요 원인으로 작용한다.

또한, 코로나-19의 원인 바이러스인 의 스파이크 단백질이나 인간면역결핍 바이러스(Human Immunodeficiency Virus, HIV)의 단백질이 신경퇴행성 질환을 유발하는 단백질 응집체의 일종인 아밀로이드 피브릴 형성에 영향을 미칠 수 있음이 밝혀졌다. 아울러, 헤르페스바이러스 1형(Herpes Simplex Type-1)과 엡스테인바바이러스(Epstein-Barr Virus, EBV) 또한 Aβ 응집, 타우 과인산화, 신경염증 유발 등의 기전을 통해 신경퇴행성 질환-질환 간 연계성을 높이는 것으로 나타났다.

신경퇴행성 질환과 암 사이의 역상관 관계(Anticorrelation)*는 이미 역학적으로 보고되어 왔다. 본 총설에서는 두 난치성 질환에서 공통적으로 나타나는 분자 기전(Molecular Mechanism)*과 위험 요인이 존재하는 한편, 신호전달 경로가 상반된 방향으로 조절되는 특징을 보인다는 점을 강조하였다. 특히, p53 단백질과 타우 단백질의 응집 과정에서 단백질 간 상호작용이 일어나며, 아밀로이드 피브릴이 암세포에 미치는 독성 효과를 통해, 단백질 오접힘과 응집이 암과 신경퇴행성 질환을 연결하는 핵심적인 분자 기전임을 밝혔다.

또한, 제2형 당뇨병에서 생성되는 오접힘 단백질 아밀린(Amylin)이 크로스 시딩을 통해 아밀로이드베타 응집과 알츠하이머병 병리를 가속화한다는 사실을 확인했다. 이로 인해 당뇨병 환자에서 인지 기능 저하 및 알츠하이머의 발병 위험성이 증대하는 것으로 나타났으며, 대사 이상이 알츠하이머병의 주요 병리 과정에 영향을 미친다는 분자적 근거가 제시되었다.

이번 총설은 서로 다른 질환들이 단백질 오접힘 등 공통된 분자 기전을 통해 연계될 수 있음을 보여주며, 난치성 질환에 대해 개별적으로가 아닌 생체 시스템 전체의 상호작용 네트워크 속에서 이해해야 한다는 새로운 연구 관점을 제시했다. 이러한 접근은 질병의 근본 원리에 대한 이해를 넓히고, 복합 질환의 핵심 병리 과정을 표적으로 하는 새로운 치료 전략 개발의 가능성을 열어준다.

KAIST 임미희 교수는 “이번 총설이 미지의 질병-질병 상호작용의 분자 기전에 대한 심도 있는 탐구를 촉진하기를 바란다.”라며, “공통된 병리학적 기반을 규명함으로써, 기존 약물을 신경퇴행성 질환 치료에 보다 효과적으로 재활용할 수 있고, 혁신적인 진단 및 치료 전략 개발을 가속화하며, 궁극적으로 환자들의 다중 질환 부담을 줄이는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

KBSI 이영호 박사는 “다학제적 융합 지식과 기존 연구결과 및 데이터를 통합 분석하여, 신경퇴행성 질환과 무관해 보이는 다양한 질환들 사이의 분자적 연계성을 규명하고 기전을 제시하였다. 이러한 통찰을 통해서 난치성 질환의 발병과 진행의 복잡성을 이해하기 위한 새로운 개념적 틀을 제공함과 동시에 여러 난치성 질환을 동시에 다룰 수 있는 치료제 개발의 토대를 마련할 수 있었다”라고 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단 중견과제, K-BDS사업과 한국기초과학지원연구원 주요사업 등의 지원을 받아 수행되었으며, 난치성 질환의 연구결과 분석과 질환-질환 연계라는 새로운 개념의 도입은 신경과학 분야의 최상위 학술지인 Translational Neurodegeneration 誌에 10월 17일자로 온라인 게재되었다.

 그림1. 난치성 질환-질환 연계 모델

그림2. 신경퇴행성 질환 사이의 질환-질환 연계 분자 모델

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.