초기 치매 치료제 개발의 새로운 희망, 신경세포 시냅스 손상 원인 규명
초기 치매 환자의 신경세포 시냅스 손상 원인을 밝힌 한국뇌연구원의 연구가 초기 치매 치료제 개발에 도움이 될 것으로 기대됩니다. 이 연구는 럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌에서 신경세포 시냅스 손상의 분자 기전을 규명하였으며, 이를 위해 뇌 투명화 기술과 단일세포 전사체 분석 기술을 사용하였습니다. 이 글에서는 이 연구의 배경, 방법, 결과, 의미에 대해 알아보겠습니다.
초기 치매 환자의 신경세포 시냅스 손상이란?
치매는 뇌의 신경세포가 죽거나 기능을 잃어 인지 능력이 저하되는 질환입니다. 치매의 가장 흔한 원인은 알츠하이머병으로, 이는 뇌에서 아밀로이드 베타라는 단백질이 쌓여서 생기는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 아밀로이드 베타가 쌓이기 전에도 초기 치매 환자에서는 신경세포의 시냅스가 손상되는 것이 관찰되었습니다. 시냅스는 신경세포 사이에 있는 작은 틈으로, 한 세포에서 다른 세포로 화학물질이나 전기신호를 전달하는 역할을 합니다. 시냅스가 손상되면 기억, 학습, 의사소통 등의 인지 기능이 저하됩니다. 그러나 초기 치매 환자의 신경세포 시냅스 손상의 원인은 아직 밝혀지지 않았습니다. 따라서 이를 규명하는 것은 초기 치매 치료제 개발에 중요한 단서가 될 수 있습니다.
럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌를 연구한 이유는?
럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌를 연구한 이유는 이 바이러스가 소의 뇌에서 신경세포 시냅스 손상을 일으키기 때문입니다. 럼피스킨병 바이러스는 소의 피부에 혹이나 덩어리가 생기는 제1종 가축전염병입니다. 이 바이러스는 흡혈곤충을 통해 전파되며, 감염된 소의 침, 콧물, 분비물, 혈액 등을 통해서도 전파될 수 있습니다. 럼피스킨병 바이러스는 신경세포와 면역세포를 감염시켜 염증 반응을 일으키고, 이로 인해 신경세포의 시냅스가 손상됩니다. 이 과정은 알츠하이머병에서 나타나는 신경세포 시냅스 손상과 유사합니다. 따라서 연구진은 럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌를 연구하여 초기 치매 환자의 신경세포 시냅스 손상 원인을 밝혀보고자 하였습니다.
뇌 투명화 기술과 단일세포 전사체 분석 기술은 어떻게 사용되었나?
- 뇌 투명화 기술은 뇌 조직을 투명하게 만들어 뇌의 구조와 기능을 세밀하게 관찰할 수 있게 하는 기술입니다. 연구진은 서울대학교 의과대학 장성호 교수 연구팀이 개발한 SCARF (Sodium Cholate Assisted Removal of lipid for Fluorescent imaging of deep biological tissues)라는 기술을 사용하였습니다. 이 기술은 담즙 유래 계면활성제인 SC (sodium cholate)를 이용하여 조직에서 지질을 제거하고 투명화시키는 방법으로, 쥐의 뇌 절편이나 태아를 단 10분 만에 완전하게 투명화시킬 수 있습니다.. 이 기술은 뇌 속의 신경세포와 시냅스의 위치와 모양을 정확하게 파악할 수 있습니다.
- 단일세포 전사체 분석 기술은 한 개의 세포에서 발현되는 모든 유전자를 동시에 측정할 수 있는 기술입니다. 연구진은 10X Genomics사의 Chromium system이라는 장비를 이용한 기술을 사용하였습니다. 이 기술은 Droplet 형성 기술을 적용하여 oil drop안에 세포 1개와 세포바코드가 장착된 하이드로겔 1개를 가두어 RNA 역전사과정에서 세포별로 서로 다른 시퀀스어댑터를 붙여주는 방법으로, 다양한 세포의 유전자 발현 프로파일을 분석할 수 있습니다. 이 기술은 뇌 속의 신경세포와 면역세포의 유전자 발현 패턴을 비교할 수 있습니다.
연구 결과로 밝혀진 신경세포 시냅스 손상의 분자 기전은 무엇인가?
연구 결과에 따르면, 럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌에서는 신경세포 시냅스 손상의 분자 기전을 밝혀낼 수 있었습니다. 이 기전은 다음과 같습니다. 럼피스킨병 바이러스는 신경세포와 면역세포를 감염시켜 염증 반응을 일으킵니다. 이때, 면역세포는 바이러스를 제거하기 위해 과산화수소와 같은 독성물질을 방출하고, 신경세포는 바이러스에 의해 유전자 발현이 변화합니다. 이 과정에서, 신경세포의 시냅스에 붙어있는 단백질인 신경접합분자가 파괴되거나 감소하게 됩니다. 신경접합분자는 시냅스의 구조와 기능을 유지하는 역할을 하므로, 이들이 손상되면 시냅스의 안정성과 효율성이 저하됩니다. 따라서, 럼피스킨병 바이러스에 감염된 소의 뇌에서는 신경세포 시냅스 손상의 분자 기전으로, 면역세포의 독성물질 방출과 신경세포의 유전자 발현 변화에 의한 신경접합분자의 파괴나 감소가 있음을 알 수 있습니다.
이 연구가 초기 치매 치료제 개발에 어떤 영향을 미칠 수 있나?
이 연구가 초기 치매 치료제 개발에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 아직 확실하지 않습니다. 그러나, 이 연구는 초기 치매 환자의 신경세포 시냅스 손상 원인을 밝혀낸 첫 번째 연구로, 초기 치매 치료제 개발에 중요한 단서가 될 수 있습니다. 만약 초기 치매 환자에서도 럼피스킨병 바이러스와 유사한 바이러스나 면역 반응이 신경세포 시냅스 손상을 일으키는 것이라면, 이를 억제하거나 제거할 수 있는 치료제를 개발할 수 있을 것입니다. 또한, 이 연구에서 사용한 뇌 투명화 기술과 단일세포 전사체 분석 기술은 뇌의 구조와 기능을 세밀하게 관찰하고 정량화할 수 있는 혁신적인 기술로, 다른 뇌 질환에도 적용할 수 있습니다. 따라서, 이 연구는 초기 치매 외에도 다양한 뇌 질환의 원인과 메커니즘을 규명하고 치료하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.