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치매 원인 뇌 속 미세아교세포 실시간 관찰 길 열었다

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2019년 05월 06일 12:00 프린트하기

장영태 기초과학연구원 복잡계 자기조립연구단 부연구단장 연구팀은 미세아교세포를 볼 수 있는 형광물질을 세계 최초로 개발했다. 기초과학연구원 제공
장영태 기초과학연구원 복잡계 자기조립연구단 부연구단장 연구팀은 미세아교세포를 볼 수 있는 형광물질을 세계 최초로 개발했다. 기초과학연구원 제공

뇌 속에서 병원체나 쓰레기를 처리하는 ‘청소부’ 미세아교세포는 뇌 속을 효율적으로 만들지만 지나친 활동으로 알츠하이머병 같은 신경퇴행성질환을 일으키기도 한다. 한국 연구자가 뇌 건강에 중요한 역할을 하는 미세아교세포를 염색하는 물질을 세계 최초로 개발해 실시간으로 관찰할 길을 열었다.

 

장영태 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단 부연구단장 연구팀은 싱가포르 듀크엔유에스의대, 싱가포르 국립바이오이미징컨소시엄 연구팀과 함께 미세아교세포만을 선택적으로 염색하는 형광물질인 ‘CDr20’을 개발하고 살아있는 동물 뇌에서 미세아교세포의 활동을 실시간으로 관찰하고 추적하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

 

뇌 세포중 12%를 차지하는 미세아교세표가 뇌질환 발병과 진행에 관여한다고 알려진 건 최근이다. 미세아교세포는 신경세포에 달린 시냅스 중 사용하지 않는 시냅스를 없애며 뇌 회로를 효율적으로 만든다. 하지만 오작동으로 정상적인 시냅스까지 과도하게 없애 신경퇴행성질환을 유발하기도 한다. 뇌질환의 근본적인 원인을 찾고 치료제를 개발하기 위해서는 미세아교세포를 추적하고 관찰하는 것이 필수다.

 

지금까지 살아있는 동물 속 미세아교세포를 관찰하는 방법은 형질전환생쥐를 이용하는 것뿐이었다. 형질전환은 생물의 유전자를 조작해 자손에게 다른 성질이 유전되도록 하는 기법이다. 미세아교세포 관찰에는 유전자조작으로 미세아교세포가 형광단백질을 만들게 해 눈에 보이도록 하는 방식이 쓰였다. 하지만 시간과 비용이 필요할 뿐 아니라 임상 연구에 적용할 수 없는 한계도 있었다.

 

연구팀은 형질전환 없이 미세아교세표를 드러나게 하는 형광물질을 발굴하기로 했다. 연구팀은 뇌 조직 세포와 유사한 뇌세포 배양체를 써서 다른 세포들은 염색하지 않으면서 미세아교세포만 선택적으로 염색하는 형광물질 후보를 선정했다. 이 중 세포 선택성이 가장 높은 물질을 CDr20이라 이름지었다.

 

알츠하이머 모델동물 뇌의 미세아교세포를 CDr20으로 관찰한 모습이다. CDr20을 주입하기 전(왼쪽)에는 보이지 않던 미세아교세포가 주입 후에는 붉은 색으로 빛나는 것을 볼 수 있다. 기초과학연구원 제공
알츠하이머 모델동물 뇌의 미세아교세포를 CDr20으로 관찰한 모습이다. CDr20을 주입하기 전(왼쪽)에는 보이지 않던 미세아교세포가 주입 후에는 붉은 색으로 빛나는 것을 볼 수 있다. 기초과학연구원 제공

CDr20이 미세아교세포만을 염색하는 원리도 파악했다. 2만 개의 생쥐 유전자를 하나씩 없앤 미세아교세포 2만 여 종의 라이브러리를 제작했다. 이들 중 염색되지 않는 세포들을 모아 분석하니 염색 성능이 ‘Ugtla7c’라는 유전자 존재 여부에 따라 크게 차이가 났다. 연구팀은 CDr20 자체는 형광이 약하지만 Ugtla7c 효소와 만나면 분자구조에 변화가 생겨 강한 붉은색 형광빛을 내는 것을 밝혀냈다.

 

장 부연구단장은 “살아있는 개체의 뇌 속 미세아교세포를 형질전환동물을 쓰지 않고도 볼 수 있게 만드는 최초의 형광물질을 개발한 것”이라며 “다른 뇌세포에서 발현되지 않는 특별한 효소와 반응해 형광을 내는 물질을 활용한 생명 분야의 후속연구로 궁극적인 뇌 질환 치료제가 개발되길 바란다”고 말했다. 연구결과는 지난달 30일 국제학술지 ‘앙게반테 케미’ 온라인판에 실렸다.

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