신경퇴행성질환에서 공통적으로 나타나는 미토콘드리아 칼슘 증가 현상 규명
신경퇴행성질환의 새로운 치료제 타깃 제시 기대

알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 신경퇴행성질환 치료제 개발에 활용될 수 있는 원인 현상이 규명됐다. 

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 이규선 위해요소감지BNT연구단 박사팀이 이성수 한국기초과학지원연구원 박사팀, 스탠포드 의대 연구진과 공동 연구로 신경퇴행성질환에서 소포체와 미토콘드리아 상호작용에 의한 미토콘드리아의 과도한 칼슘 증가 현상이 질병 원인의 공통된 현상임을 규명했다고 16일 밝혔다. 

미토콘드리아는 영양분으로 흡수된 포도당으로부터 해당 과정과 산화적 인산화 과정을 통해 세포의 주요 에너지원인 ATP(아데노신삼인산)를 생성하는 세포내 발전소와 같은 역할을 수행한다.

이는 세포내 칼슘 농도 항상성에 관여하는 세포소기관으로, 세포내 칼슘의 주요 저장고인 소포체(endoplasmic reticulum)와 상호작용을 통해 칼슘을 흡수해 세포 에너지 대사 활성과 세포사멸을 조절한다. 

신경세포는 복잡한 신경망 내에서 기능을 유지하기 위해 많은 양의 에너지를 필요로 하며, 노화에 따라 나타나는 미토콘드리아의 기능저하와 손상된 미토콘드리아의 증가는 신경세포사멸과 뇌손상을 촉진해 장기간에 걸친 기억 손상과 운동조절 기능 이상과 같은 증상이 나타나는 알츠하이머병이나 파킨슨병으로 발전하게 된다. 

따라서, 노화에 따른 미토콘드리아의 기능이상의 원인 규명과 손상된 미토콘드리아 회복 관련 연구가 주목받고 있다. 특히 세포소기관 간의 상호 작용에 의한 미토콘드리아의 칼슘 항상성 조절 기전에 대한 관심이 증가하고 있다. 

연구팀은 파킨슨병과 알츠하이머병의 초파리 동물모델에서 소포체와 미토콘드리아의 접촉면이 증가하고, 이로 인해 미토콘드리아 내로 과도한 칼슘이 흡수되어 신경세포 사멸이 유도되는 것을 확인했다. 이때 미토콘드리아에 존재하는 Miro 단백질과 다양한 칼슘이동채널 단백질이 관여하는 것을 규명했다.

파킨슨병의 원인유전자인 PINK1 돌연변이 초파리 실험에서 미토콘드리아 칼슘의 증가로 뇌에서 도파민 신경세포의 숫자가 감소했다. 미토콘드리아 칼슘채널을 억제하는 화합물을 처리할 때, 신경세포사멸이 지연되는 것으로 나타났다.

알츠하이머병 초파리 모델에서도 과도한 미토콘드리아 칼슘흡수를 억제할 때 표현형이 회복되는 것이 화인되고, 신경퇴행성질환에서 공통으로 나타나는 미토콘드리아와 소포체간의 접촉면을 증가와 과도한 미토콘드리아 칼슘 흡수를 억제하면 알츠하이머병과 파킨슨병에서 나타나는 신경세포기능 이상을 회복시킬 수 있는 것으로 분석됐다.

연구진은 미토콘드리아 칼슘 항상성 붕괴가 신경퇴행성질환을 포함한 암, 대사질환, 근골격계질환 등 다양한질환의 공통적인 원인이 될 수 있다는 것을 시사한다고 강조했다.

이규선 생명연 박사는 "신경퇴행성질환을 효과적으로 치료하기 위해 미토콘드리아의 칼슘 항상성을 조절하는 것이 중요하다는 사실을 밝힌 것"이라면서 "앞으로 신약 개발로 이어져 신경퇴행성질환의 치료제뿐만 아니라 암, 염증 질환, 대사질환, 노인성 관련 질환 등의 치료제 개발에도 널리 활용되기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오의료기술개발사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 미국국립과학원보에 지난 6일자(한국시각) 온라인 판에 게재됐다.

파킨슨병 모델 (PD, PINK1 KO)과 알츠하이머모델 (PAR-1)에서 나타나는 미토콘드리아 칼슘 증가 현상 및 화합물의 억제효과. 미토콘드리아 칼슘을 측정하는 녹색형광(Mito-Ca2+, mito-GCaMP)을 통해, (A)와 (B)모델에서 미토콘드리아 칼슘이 증가됨을 확인했으며, Ru360이나 2-APB와 같은 칼슘채널 차단제를 통해 미토콘드리아 칼슘이 억제한다.<자료=한국생명공학연구원 제공>
파킨슨병 모델 (PD, PINK1 KO)과 알츠하이머모델 (PAR-1)에서 나타나는 미토콘드리아 칼슘 증가 현상 및 화합물의 억제효과. 미토콘드리아 칼슘을 측정하는 녹색형광(Mito-Ca2+, mito-GCaMP)을 통해, (A)와 (B)모델에서 미토콘드리아 칼슘이 증가됨을 확인했으며, Ru360이나 2-APB와 같은 칼슘채널 차단제를 통해 미토콘드리아 칼슘이 억제한다.<자료=한국생명공학연구원 제공>
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