전체 치매환자 중 약 30%는 알파시뉴클린(alpha-synuclein)이라는 뇌신경세포 단백질의 변질에 의해 발병된다고 알려져 있다. 알파시뉴클린은 건강한 뇌세포에서는 뇌의 활성을 도와주는 이로운 물질이지만 자기들끼리 서로 엉키게 되면 치명적인 독소로 변해 치매, 파킨슨병 등 다양한 퇴행성 뇌질환을 일으키는 두 얼굴을 가진 물질로 알려져 왔다. 하지만 지금까지 이 독소체가 어떠한 방법으로 뇌세포 활동에 해를 끼쳐 치매를 일으키는지는 알려져 있지 않았다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 의공학연구소 테라그노시스연구단 신연균 교수(KIST 겸직연구원, 아이오와 주립대 교수), 포스텍(총장 김용민) 시스템생명공학부 이남기 교수, 성균관대(총장 김준영) 유전공학과 권대혁 교수 공동연구팀은 하나의 포낭 주머니가 세포막에 융합되는 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 첨단 단분자 융합 연구방법을 이용, 알파시뉴클린 응집독소체가 뇌 활동의 가장 중요한 부분인 시냅스에서의 신경전달물질 분비를 저하시켜 기억 및 인지 활동의 저해를 가져와 치매를 유발할 수 있다는 사실을 발견했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 치매의 원인을 규명한 획기적인 것으로 관련 내용은 19일 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인 판에 게재되었다.

시냅스에서의 신경전달물질 분비는 이를 저장하는 포낭 주머니가 뇌세포막에 융합하여 일어난다. 공동연구팀은 스내어(SNARE)라는 단백질이 어떠한 과정을 통해 개개의 포낭을 세포막에 융합시키고 그 융합과정을 조정하는지를 단계별로 분리 측정하는데 성공하였다.

이 과정에서 알파시뉴클린은 정상적인 상태에서는 스내어 단백질을 돕는 역할을 하지만(왼쪽 그림), 여러 개가 엉켜 독소로 탈바꿈하면 스내어 단백질에 들러붙어 이들의 세포막 융합 활성을 무력화 시키는가 하면, 여러 개의 포낭 주머니들을 응집하도록 만들어 시냅스로의 신경전달물질 분비를 급격히 저하시킨다는 것을 알아냈다(오른쪽 그림). 이는 시냅스의 신경전달 기능을 약화시키고 뇌의 기억 및 인지 활동의 약화를 가져오게 된다.

KIST 신연균 교수는 “이번 발견은 치매를 효과적으로 예방하고 치료할 수 있는 새로운 방향을 제시해 준다는데 큰 의미가 있다” 며 “치매 유발의 또 하나의 중요 인자인 베타아밀로이드(beta-amyloid)라는 단백질 또한 비슷한 메커니즘을 통해 치매를 유발할 것으로 보이며, 스내어 단백질의 무력화가 대다수의 치매 발병의 근본적 원인 중의 하나일 것으로 예상된다” 고 말했다.

한편 신연균 교수는 단분자 이미징과 EPR(Electron Paramagnetic Resonance)을 이용한 단백질 구조분석에 원천기술을 보유한 점을 높게 평가받아 KIST 의공학 연구소의 해외 과학자 유치사업을 통해 지난 2011년, KIST로 초빙되었다. 신 교수는 KIST의 전폭적 지원하에 KIST 내에 기초 연구를 수행할 수 있는 연구실을 구축하고 신경 전달과정 매커니즘에 관한 연구를 진행중이며 이를 통해 치매 등 정신질환 연구에서 세계를 선도하는 원천기술 확보를 위해 매진하고 있다.

이번 연구는 KIST 및 교과부, 미국국립보건원(NIH)의 연구비 지원으로 수행되었다.