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의생명공학과

바이오산업동향

퇴행성 뇌질환 주요 원인 타우단백질 연구 집대성
등록일
2020-10-29
작성자
의생명공학과
조회수
24

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▲ 타우단백질은 다양한 생물리학·생물학적 환경요인에 민감하게 반응하여 기능 발휘를 위한 좋은 상거동(phase behavior)을 하거나, 타우병증(tauopathy)과 같이 여러 퇴행성 뇌질환(neurodegenerative disease)을 일으키는 잘못된 상거동을 하게 됨


한국기초과학지원연구원(이하 KBSI) 바이오융합연구부 이영호 박사 연구팀은 한국과학기술원(KAIST) 임미희 교수 연구팀과 공동으로 퇴행성 뇌질환의 주요 원인인 타우(tau)단백질의 상거동(phase behavior)*을 조절하는 인체 내 환경적 요인을 체계화했다.

* 상거동 : 물질의 상(고체상, 액체상, 기체상)자체가 변하거나(상전이(phase transition)), 같은 상에서도 성질이 다른 부분으로 분리되는(상분리(phase separation)) 물리적 현상 등을 통칭(붙임자료. (붙임1)용어설명 참조)

특히, 이번 논문은 Cell에서 발행하는 자매지인 Chem지의 리뷰논문으로 공개되어 의미가 크다. 이번 논문을 통해 타우단백질에 대한 전 세계의 연구성과를 정리함은 물론, 공동 집필진의 경험과 지식을 더해 타우단백질의 구조와 성격, 환경요인에 따른 응집과 상거동을 망라했다.

현재 전 세계 연구진들은 알츠하이머성 치매 등 퇴행성 뇌질환을 일으키는 하나의 원인으로 크게 두 가지 단백질의 활동에 주목하고 있다. 아밀로이드 베타(amyloid-β) 단백질의 응집에 의한 아밀로이드 플라크(amyloid plaque)와 타우단백질이 응집하여 형성되는 타우 탱글(tau tangle)이라는 물질이다.

최근 세계적 제약사가 진행한 아밀로이드 베타 관련 연구가 3상 임상시험단계에서 연속 실패하며 타우단백질의 성질과 상거동에 대한 관심이 급격하게 높아지고 있다.

신경세포 내에 용해되어 액체상으로 존재하는 타우단백질은 세포내 골격(미세소관)에 부착해 신경세포 구조를 안정화시키고, 세포분화를 돕는 좋은 기능을 한다. 그러나, 세포내 골격에서 분리되면 환경요인에 의해 단백질 응집을 일으켜 액체상에서 고체상으로 상전이(phase transition)가 되고 타우 탱글을 형성해 신경세포를 사멸에 이르게 한다.

아밀로이드 섬유(amyloid fibril)나 올리고머(oligomer)와 같은 고체상태의 타우단백질 응집체가 알츠하이머성 치매를 비롯한 다양한 신경성 질환의 주된 원인으로 꼽히며 관련 질병을 ‘타우병증(tauopathy)’으로 일컫는다.

이번 논문을 통해 타우병증 또한 환경적 요인에 의한 타우단백질의 잘못된 상거동으로 설명이 가능하고, 신경성 질환마다 서로 다른 환경 차이가 아밀로이드 섬유와 같은 응집체의 성질과 형태도 다르게 한다는 것에 주목하고 있다.

이번 논문으로 타우단백질이 좋은 기능을 하기 위한 상거동과 질환의 원인이 되는 상거동을 선택하는데 영향을 주는 환경적 요인이 체계화됐다. 향후 환경적 요인들이 상거동에 영향을 미치는 기작을 밝혀나감으로써 알츠하이머성 치매 등 퇴행성 뇌질환을 극복해나갈 수 있을 것으로 기대된다.


왼쪽 상다이어그램(phase diagram)은 이영호 박사가 고안한 그림으로 여러 환경조건에 따른 단백질의 상거동과 응집상태를 도해적으로 알기 쉽게 보여줌
▲ 왼쪽 상다이어그램(phase diagram)은 이영호 박사가 고안한 그림으로 여러 환경조건에 따른 단백질의 상거동과 응집상태를 도해적으로 알기 쉽게 보여줌(PNAS, 2014). 오른쪽은 타우단백질의 액체상 상분리 현상을 설명하는 상다이어그램(Lin et al, eLife, 2019).


특히, KBSI 이영호 박사 연구팀은 환경적 변화에 민감한 퇴행성 질환의 원인 단백질의 상거동을 쉽게 이해할 수 있도록 다양한 상다이어그램(phase diagram)을 고안하였다. 학계 내에서 타우단백질의 액체(상)-액체(상) 상분리(liquid-liquid phase separation)와 같은 상거동 현상의 이해를 돕는데도 이러한 상다이어그램이 널리 이용되고 있다.

이번 논문은 ‘Chem(논문명: Key Physicochemical and Biological Factors of the Phase Behavior of Tau/제1저자 린유시(KBSI), 남지우(KAIST) ; 교신저자 이영호(KBSI), 임미희(KAIST) ; IF=19.735, JCR 상위 5%이내)誌’ 온라인판에 지난 10월 9일(한국시간) 게재됐다.

KBSI 이영호 박사는 “전 세계에서 이뤄진 방대한 연구 성과를 집대성한 이번 논문이 타우단백질에 관한 백과사전과 같은 역할을 하여 학생들뿐 아니라 관련 전문가들도 큰 도움이 되었으면 한다”며, “타우단백질의 상거동에 대한 깊은 이해가 알츠하이머성 치매를 치료하는 새로운 아이디어로 이어질 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.
 

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