알츠하이머 치료 길 열리나…IBS, 뇌 골지체 원리 규명

국내 연구진이 뇌세포 속 우체국 역할을 하는 '골지체' 작동 메커니즘을 밝혀냈다. 알츠하이머 등 인지 장애성 뇌 질환에 대한 새로운 치료 가능성을 제시했다는 평가다.

기초과학연구원(IBS)은 세포 속 단백질 변형과 운송을 담당하는 ‘골지체’의 이온 채널(통로)가 어떻게 작동하는 지를 과학적으로 규명했다고 16일 밝혔다.

이 연구는 IBS 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀과 바이오분자 및 세포 구조 연구단 김호민 CI(Chief Investigator, KAIST 생명과학과 교수) 연구팀, 이화여대, 충남대 등이 공동 수행했다.

IBS 골프캣 연구진. 윗줄 왼쪽부터 시계방향으로 이창준 단장, 김호민 CI, 최선 이대 교수, 아이화 장 이대 교수와 제1저자인 한아름 IBS 선임연구원,강현지 IBS 박사후연구원.(사진=IBS)

연구팀은 "이온 채널 이상이 골지체의 구조 변화를 일으키고, 이러한 변화가 인지 장애를 동반한 알츠하이머에서 흔히 발견된다"며 "이온 채널을 찾기 위해 막단백질 연구에 집중해온 결과물"이라고 말했다.

연구팀은 지난 해 연구 결과물을 바탕으로 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 이용해 3.1 옹스트롬(1억㎝분의 1)의 초고해상도로 '골프캣'의 3차원 분자 구조를 규명했다.

골프캣은 연구팀이 지난해 막단백질 'TMEM87A'가 골지체 내 산도를 조절하는 양이온 채널임을 규명하고, 이 막단백질에 붙여놓은 이름이다.

연구팀은 전기생리학 실험과 분자동역학 분석을 통해 골프캣에서의 이온 이동경로를 제시했다. 이와 함께 골프캣이 세포막 통과 단백질의 전압 변환에 따라 통로가 열리는 전압 의존성 채널이라는 사실도 밝혀냈다.

골프캣에 전압이 가해지면 음전하를 띤 전기가 나트륨(Na), 칼슘(K), 세슘(Cs) 등 양전하 이온을 내부로 끌어 들인다. 또 골지체의 막전압을 적절히 조절해 내부 산도 등 항상성을 유지한다.

연구팀은 "실험에서 골지체가 파편으로 나뉘거나 부어 오르는 등 비정상적으로 구조가 변하면 단백질의 글리코실화(아미노산에 탄수화물이 결합하는 현상) 작용을 방해하고, 결국 학습 및 기억력 손상으로 이어졌다"며"골프캣을 표적으로 하는 새로운 인지 장애의 치료 가능성을 시사한다"고 설명했다.

이창준 단장은 “골지체의 형태적·기능적 변화가 어떻게 기억력에 관여하는지 밝혔다”라며, “다양한 신경 퇴행성 뇌질환에서 발견되는 인지 장애에 대한 새로운 치료방법을 찾을 수 있을 것"으로 기대했다.