연구진은 정상 타우 단백질에는 반응하지 않지만, 변이된 타우 단백질 응집이 일어나면 형광이 켜지는 시스템을 개발했다.(위) 쥐의 노화에 따라 타우 단백질 응집이 많아 형광 반응이 많이 일어나고 있다.(아래) (한국과학기술연구원 제공) 2020.04.21 / 뉴스1

치매 유발 원인으로 알려진 '타우 단백질'의 응집을 발생 초기 단계부터 관찰할 수 있는 동물모델이 개발됐다.

21일 한국과학기술연구원(KIST)은 치매DTC융합연구단 김윤경·임성수 박사 연구팀이 치매유발물질 '타우 단백질'을 처음부터 관찰할 수 있는 실험쥐(동물모델) 개발에 성공했다고 밝혔다. 타우 단백질 응집은 알츠하이머(치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌 질환) 질환 발병의 핵심 요인으로, 타우 단백질이 건강할 땐 뉴런(신경세포)의 활동을 지지하지만, 변형돼 응집하면 신경세포 독성으로 알츠하이머 질환 등 뇌 병변에 작용하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 이번 실험쥐 연구를 통해 치매 억제 및 치료제 개발연구 속도를 끌어올리는 동시에 새로운 치매 기전을 규명할 수 있을 것이라 기대했다.

세부적으로 살펴보면 타우 단백질의 응집 시 단백질이 뭉친 형태인 올리고머 형태(수개에서 수십 개의 단량체가 연결된 분자)가 되는데, 이는 신경세포 독성을 일으키고 알츠하이머성 치매를 비롯한 다양한 퇴행성 뇌 질환을 전이시키는 매개체로 작용한다.이 때문에 타우 올리고머를 표적으로 한 치매 치료제 개발이 주목받았지만, 신경세포 내 과량으로 존재하는 정상 타우 단백질로부터 응집 초기 소량으로 존재하는 타우 올리고머를 구분해낼 실험 방법이 부재했던 터다.

연구팀은 이에 세포에서 타우 올리고머의 형성을 관찰할 수 있는 플랫폼인 '타우-BiFC'를 확립, 이를 동물모델로 확장한 '타우-BiFC 생쥐모델'을 개발했다.

플랫폼은 신경세포 내에서 타우 단백질이 응집해 올리고머가 형성되면 형광이 켜지는 시스템이다. 즉, 타우 응집 초기 올리고머 단계부터 정량적인 관찰이 가능해진 것. 이에 따라 동일 선상에서 개발된 생쥐모델 또한 단계별로 정량적인 모니터링이 가능했다. 생쥐가 어린 나이일 땐 타우 올리고머가 생성돼도 세포 자체적으로 분해·제거하는 시스템이 가동됐지만, 생쥐가 나이가 들수록 그 기능이 떨어져 타우의 응집이 가속화 되고 신경이 퇴화하는 현상이 관찰됐다.

김윤경 박사는 이번 연구성과와 관련 "외국에서 개발한 생쥐모델에 의존하던 기존 치매 연구를 탈피할 수 있을 것"이라며 "신경세포 독성 및 전이성을 보이는 타우 응집체의 형성을 파악하고 관찰하는 연구는 알츠하이머성 치매를 포함한 타우 병증의 치료제 개발에 있어 중요한 시작점"이라고 강조했다.

이번 연구에는 임성수 KIST 선임연구원과 김윤경 KIST 책임연구원이 교신저자로, 신슬기 KIST 박사과정생이 제1저자로 참여했다.

과학기술정보통신부 지원 미래선도형융합연구단사업과 뇌과학원천기술개발사업 등으로 수행된 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제 학술지 '프로그레스 인 뉴로바이올로지'(Progress in Neurobiology)에 실렸다.


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