광우병을 넘어설 해법을 찾았다.

작년에는 광우병의 공포가 대한민국을 온통 들끓게 했었죠. 다행스럽게도 광우병을 진단하고 치료할 수 있는 가능성을 포스텍에서 열게 되었다는 기쁜 소식입니다. 아래에 보도자료 참고하세요.

 2000년대 초 영국에서 처음 발견되었으며 지난 해 국내에서 최대의 사회적 이슈로 떠올랐던 ‘광우병(Mad Cow disease)’.

 이 광우병을 잠복기에 미리 진단해낼 수 있을 뿐 아니라 치료의 가능성까지 열었다는 평가를 받는 연구 결과가 발표되었다.

 

 포스텍 황대희(黃大熙, 37세) 교수・조지훈 박사(32세)팀은 미국 시스템생명과학연구소 (Institute for Systems Biology・이하 ISB), 맥로린 연구소(McLaughlin Research Institute), 샌프란시스코 캘리포니아대(University of California, San Francisco) 등과의 공동연구를 통해 ‘광우병 (Mad Cow disease)’ 에서 주요 역할을 하는 핵심 유전자 군을 선별해냈으며, 이들을 이용해 광우병 조기진단 및 치료가 가능하다는 사실을 제시했다.

 2002년부터 진행된 이 연구의 결과가 세계적인 과학전문 저널 ‘네이처’의 자매지인 ‘몰레큘러 시스템즈 바이올로지(Molecular Systems Biology)’ 온라인판 최신호에 게재됐다.

 

 연구팀은 유전적으로 다른 다섯 종류의 쥐에, 양과 소에서 추출한 두 종류의 프리온(prion)*을 감염시킨 뒤 병의 진행과정에서 주기적으로 생겨난 약 3,000만 데이터 값을 분석하고, 나아가 광우병을 유발 진행시키면서 마지막 단계인 신경퇴행에까지 주요한 역할을 하는 333개의 핵심 유전자를 선별하였다.  

 그리고 이들 유전자들의 유기적인 상호작용에 의해 일어나는 광우병의 발병과 신경의 퇴행, 사멸의 분자유전학적 메커니즘(기작・mechanism)을 밝혀냈다.

 

 특히 연구팀은 광우병에 감염된 쥐가 증상을 보이지 않는 감염 초기(8~12주)에, 발현이 늘어나는 면역・콜레스테롤・글리코스아미노글리칸스(GAGs)*・스핑고지질* 같은 대사관련 핵심 유전자들을 선별해냄으로써, 이들을 이용한 광우병의 조기진단 가능성을 제시하였다.

 또, 광우병의 유발과 진행에 이르는 메커니즘을 밝혀내, 이 질병들에 대한 새로운 치료법 개발의 가능성도 열었다.

 

 이번 연구는 광우병의 직접적 원인인 프리온 유전자(Prnp)와 단백질(PrP^Sc) 연구에 집중되어 온 기존의 연구 패턴에서, 그 대상을 확대하여 프리온 단백질 축적에 용이한 환경을 만들기 위해 감염 초기에 활성화되는 다른 유전자들과 그 상호작용의 연구에 대한 필요성을 제기했다는 점에서 큰 의미가 있다.

 특히 광우병 진단에 이들 유전자 연구를 도입하면, 프리온 단백질을 측정하는 데 그치는 현재의 광우병 진단법과는 달리 조기에 병을 진단해낼 수 있게 된다.

 

 황 교수팀은 이 연구성과를 기반으로, ISB 등 공동연구팀과 함께 프리온에 감염될 수 있는 뇌의 중추신경계 줄기세포인 뉴로스피어(neurosphere) 세포모델을 이용하여 쥐의 체내 333 핵심 유전자들에 의해 일어나는 광우병 발병 과정에서의 뉴로스피어 세포가 하는 역할을 심도있게 검증하는 연구를 진행할 계획이다.

 

 포스텍 황대희 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 시스템생물학적 방법은 암, 퇴행성뇌질환, 자가면역질환, 심혈관계질환, 감염질환 등과 같은 다른 난치성 질병에도 적용이 가능하며, 이 연구를 응용하면 각 질병의 발병과 진행에서 중요한 역할을 하는 유전자에 대한 선별이 가능해진다”고 말했다. 덧붙여 “병의 원인과 그 메커니즘에 대한 이해와 진단, 그리고 치료분야에 이르기까지 새로운 패러다임을 제공했다는 평가를 받고 있다”고 밝혔다.

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※ 프리온(prion) 단백질

 프리온 단백질은 (PrP^Sc) 세포내에 존재하는 정상 프리온 단백질의 (PrP^C) 이상구조 형태로, 이 프리온 단백질이 (PrP^Sc) 정상 단백질과 (PrP^C) 접촉하게 되면 정상 단백질을 (PrP^C) 비정상 단백질로 (PrP^Sc) 전환시키는 감염물질이다

 프리온 단백질이 포함된 음식을 (예를 들면 광우병 감염된 동물의 뇌 또는 척수) 섭취하면 프리온 단백질은 위에서 흡수되어 피를 따라 돌다가 Spleen에서 면역세포, 말초신경세포, 척수의 중추신경세포, 뇌의 신경세포로 전달된다.

 

※글리코스아미노글리칸(Glycosaminoglycans・GAGs)

 크게 5종류로 나뉘며 이들 물질은 단백질과 연결되거나 상호작용하면서 다양한 생명현상에 관계하고 있어 생명 현상 유지를 위해 반드시 필요한 물질이다. 이 물질은 광우병에서 비정상적 프리온 단백질(PrP^Sc)의 수용체로, 뇌의 프리온 단백질 축적에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

 

※스핑고지질(Sphingolipids)

 세포막의 신호전달이 일어나는 부분에 상대적으로 많이 존재하는 지질의 종류로 이 부분에서 정상적 단백질이 비정상적 프리온 단백질로 전환되는 것으로 예상되고 있다.

수록 저널 정보 : Molecular Systems Biology

Nature출판사와 European Molecular Biology Organization (EMBO)에서 2005년 부터 발간하는 온라인 오픈액세스 저널입니다. 인쇄저널로는 나오지 않고 온라인으로만 출판되며 오픈액세스 저널이기 때문에 CCL에 따라 모든 사람이 무료로 다운로드할 수 있습니다. 오픈액세스를 위해서는 저자가 논문출판비용을 부담해야 합니다. 이 저널의 경우에는 논문당 $3,000을 부담해야하는군요. 그대신 무료로 다른 사람들이 접근할 수 있기 때문에 연구성과들이 폭넓게 보급되고 더불어 피인용의 기회도 높아지는 장점을 가지게 됩니다. 좋은 연구하고 안 알려지는 것처럼 억울한 건 없겠죠.

Molecular System Biology는 최근 Impact Factor가 거의 10에 육박하는군요. 생화학&분자생물학 분야에서는 상위 6%에 올라가있을 만큼 우수한 저널입니다.(JCR 2007 참고)

수록 논문 정보

Subject Categories: Neuroscience | Molecular Biology of Disease

Molecular Systems Biology 5 Article number: 252  doi:10.1038/msb.2009.10
Published online: 24 March 2009
Citation: Molecular Systems Biology 5:252

A systems approach to prion disease

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Daehee Hwang^1,2,a, Inyoul Y Lee^1,a, Hyuntae Yoo^1,a, Nils Gehlenborg^1,3, Ji-Hoon Cho², Brianne Petritis¹, David Baxter¹, Rose Pitstick⁴, Rebecca Young⁴, Doug Spicer⁴, Nathan D Price⁷, John G Hohmann⁵, Stephen J DeArmond⁶, George A Carlson⁴ & Leroy E Hood¹

1. Institute for Systems Biology, Seattle, WA, USA
2. I-Bio Program & Department of Chemical Engineering, POSTECH, Pohang, Republic of Korea
3. Microarray Team, European Bioinformatics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Cambridge, UK
4. McLaughlin Research Institute, Great Falls, MT, USA
5. Allen Brain Institute, Seattle, WA, USA
6. Department of Pathology, University of California, San Francisco, CA, USA
7. Department of Chemical and Biomolecular Engineering & Institute for Genomic Biology, University of Illinois, Urbana, IL, USA

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