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파킨슨병의 신규 원인 현상 규명

파킨슨병 원인유전자(HSPA9) 기능 저하에 따른 ‘퍼록시좀’의 감소 현상 규명

향후 파킨슨병 치료제 개발에 새로운 타겟 및 접근법 제시 기대

국내연구진이 파킨슨병의 원인 유전자 단백질(HSPA9)의 돌연변이에 의한 기능 감소 시, 에너지대사 및 활성산조 조절 주요 세포소기관(퍼록시좀)의 현저한 감소를 유도하여, 파킨슨병의 원인이 될 수 있음을 규명했다.

이번 연구로, 현재까지 미토콘드리아 기능 이상이 주된 원인으로 알려진 파킨슨병 연구 분야에, 퍼록시좀의 중요성을 새롭게 제시하였으며, 파킨슨병 치료제 개발에 세포소기관 조절인자가 새로운 표적으로 활용될 것으로 기대된다. HSPA9는 인간 HSPA9 유전자에 의해 암호화되는 미토콘드리아에 존재하는 단백질이다.

그림 2. (A) PD 특이적 돌연변이의 퍼록시좀 감소 회복 효과 (B) 초파리 동물모델에서 체내 퍼록시좀 감소 효과 분석
그림 2. (A) PD 특이적 돌연변이의 퍼록시좀 감소 회복 효과 (B) 초파리 동물모델에서 체내 퍼록시좀 감소 효과 분석

경북대학교 자연과학대학 생명과학부 조동형 교수(교신저자), 조두신 박사(제1저자)와 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명硏) 바이오나노연구센터 이규선 센터장(공동 교신저자)이 원광대학교 의과대학과 공동 수행한 이번 연구는 보건복지부의 질환극복기술개발사업과 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업 지원으로 수행되었고, Autophagy(IF 11.1) 1월 22일자(한국시각 1월 21일) 온라인 판에 게재되었다.

논문명은 Loss of HSPA9 induces peroxisomal degradation by increasing pexophagy) 제1저자: 조두신(경북대), 교신저자: 조동형(경북대), 이규선(생명硏), 최성규(원광대)

세포내 존재하는 퍼록시좀(peroxisome)은 단일막 구조의 세포소기관으로 대부분의 진핵 세포에 존재하며, 소포체로부터 생성되어 주로 지방산의 산화반응이 일어나는 장소로 지방산 분해와 콜레스테롤 대사를 조절하는 기능을 한다. 포유류에서는 뇌, 간, 심장 및 폐 조직의 에너지 대사에 중요한 역할을 한다. 특히, 유전적으로 퍼록시좀 생성과 분해에 문제가 생기면 젤웨거 증후군(Zellweger syndrome)과 같은 선천성 뇌신경계 발달장애로 이어진다.

젤웨거 증후군은 신생아초기에 심한 근무력증, 높은 이마, 넓은 대천문, 얼굴 중부의 발육부전, 녹내장, 각막혼탁, 백내장, 관절구축, 간비비대, 점상연골발육부전을 보이는 치명적인 질환(질병관리본부)이다.

또한 간세포에서 퍼록시좀은 과산화수소를 물로 전환시켜주는 효소(카탈레이즈; Catalase)를 다량 보유하고 있어, 알코올 등과 같은 독성물질을 제거하거나, 노화의 원인이 되는 세포내 유해산소를 제거하는 중요한 기능을 수행한다.

따라서, 선천성 유전자 변이나 노화에 따른 퍼록시좀의 기능이상의 원인 규명, 손상된 퍼록시좀의 회복에 관련된 연구가 선천성 뇌신경계 발달장애 및 파킨슨병과 같은 신경퇴행성질환 분야에서 새로운 치료전략의 타겟으로 주목받고 있다.

이번 연구팀은 파킨슨병의 원인유전자인 HSPA9 유전자 변이가 산화스트레스의 증가와 세포소기관인 퍼록시좀 감소로 이어져 신경세포 또는 근육 세포의 기능 저하를 통해 파킨슨병 발병의 원인이 될 수 있음을 확인하였다. 또한 세포소기관인 퍼록시좀 특이적인 자가포식작용(autophagy) 조절을 통해 퍼록시좀 감소가 일어나는 것을 규명하였다.

자가포식작용(Autophagy)은 세포가 다양한 스트레스 조건 하에서 스트레스 원인 요소를 분해, 항상성을 높여 세포 생존에 도움을 주는 세포 내 소화 작용이다. 자가포식은 퇴행성뇌질환 뿐만 아니라, 암, 감염성 질환, 노화 등 다양한 질병에 중요한 역할을 담당하고 있다. 최근 자가포식 제어를 통한 암과 치매 등 퇴행성뇌질환 치료제 개발이 시도되고 있다. 2016년 노벨상 생리의학상은 자가포식작용 연구를 한 일본의 오스미 요시노리(Ohsumi Yoshinori) 교수가 수상을 했다.

최근 이 공동 연구팀은 자가포식작용이 알츠하이머성 치매의 원인인 독성 응집단백질을 분해/제거 하는 것에 대한 새로운 기전을 규명한 바 있으며(조동형 교수, Autophagy, 2019), 미토콘드리아 칼슘 항상성의 붕괴가 알츠하이머성 치매와 파킨슨병과 같은 신경퇴행성질환의 공통원인임을 규명한 바 있다(이규선 센터장, 미국과학원보(PNAS), 2018). 이번 연구를 통해 신경퇴행성질환에서 퍼록시좀의 중요성을 새롭게 제시함으로서, 미토콘드리아와 더불어 세포소기관의 기능이 신경퇴행성질환, 암 및 대사질환에서도 연구가 활발히 수행되어야 함을 시사하고 있다.

이번 연구의 교신저자인 조동형 교수는 “이번 연구 성과는 신경퇴행성질환을 효과적으로 치료하기 위해서는 퍼록시좀의 기능 유지를 조절하는 것이 중요하다는 사실을 밝힌 것”이라 강조했으며, 이규선 센터장은 “퍼록시좀과 미토콘드리아와 같은 세포소기관의 상호작용과 퍼록시좀 기능 유지에 연관된 다양한 조절 인자들을 동시에 표적으로 하는 신약 개발은 신경퇴행성질환을 비롯한 암, 대사질환 및 노인성 관련 질환 등의 치료제 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한국생명공학연구원 홍보협력실 제공

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