초록 ▼

50대 이후에 발병하는 파킨슨병은 노인성 치매에 이어 가장 흔한 퇴행성 신경계 질환이다. 발병율은 60대에 1% 정도이며 70세이 이르러 3.4%로 증가하며 특히 우리나라의 경우 사회가 고령화 하면서 본 질병의 발병율은 점차 증가하는 추세에 있어서 대단히 큰 사회적 부담이 될 것으로 예상되고 있다 (미국의 경우 파킨슨 관련 비용이 매년 20억 불 지출됨). 본 질병은 중뇌의 흑질에 위치한 도파민성 신경세포의 사멸로 인하여 발병하며 이로 인하여 선조체에서 도파민의 결핍을 초래하고 운동성 장애 즉, 사지 떨림, 근육 경직, 비정상적 체

50대 이후에 발병하는 파킨슨병은 노인성 치매에 이어 가장 흔한 퇴행성 신경계 질환이다. 발병율은 60대에 1% 정도이며 70세이 이르러 3.4%로 증가하며 특히 우리나라의 경우 사회가 고령화 하면서 본 질병의 발병율은 점차 증가하는 추세에 있어서 대단히 큰 사회적 부담이 될 것으로 예상되고 있다 (미국의 경우 파킨슨 관련 비용이 매년 20억 불 지출됨). 본 질병은 중뇌의 흑질에 위치한 도파민성 신경세포의 사멸로 인하여 발병하며 이로 인하여 선조체에서 도파민의 결핍을 초래하고 운동성 장애 즉, 사지 떨림, 근육 경직, 비정상적 체위 등의 증상 뿐 아니라 음식물 섭취 감소, 체중 감소, 자율신경계에 이상이 나타나다가 후기에는 우울증, 지능 장애가 동반되기도 한다. 도파민성 신경세포의 정확한 사멸 원인은 알려져 있지 않았으나 환자에 있어서 증세를 완화하기 위하여 도파민의 전구물질 (L-dopa), 도파민 수용체 작용제, 항콜린 제재, 도파민의 대사에 관여하는 약물등을 이용한 약물 혹은 pallidotomy 등의 수술 요법이 시행되고 있으나 본 질병에 대한 근본적인 치료방법은 전무한 상태이다.
본 과제는 도파민성 신경세포의 사멸로 인하여 발병하는 파킨슨병에 대한 이해를 증진하고 본질병에 대한 진단의 객관성 향상 및 치료법 개발을 그 목표로 한다. 본 목표를 성공적으로 달성하기 위하여 본 과제는 아래의 category내 에서 연구를 진행하였다. 첫째, 파킨슨병 환자에 대한 임상의의 진단과 환자의 진행 단계별, 유형별 특이적 발현 유전자에 대한 정보를 종합할 수 있는 DB의 구축 (bioinformatics 개념의 접근) 하고 둘째, 파킨슨병의 진행 및 도파민성 신경세포의 사멸과 연관된 기전을 확고히 하고 약물 및 줄기세포를 이용하여 이를 효과적으로 억제할 수 있는 방법의 개발 (분자생물학적, 생화학적 및 세포학적인 접근) 하고 셋째, 개발된 기술을 임상적으로 적용함에 있어서 발생할 수 있는 제반 문제점에 대하여 고찰하고자 하였다. 이러한 목표 아래 본 연구팀에서 초기에 설정한 파킨슨 환자에서 특이적으로 발현이 증가하거나 감소하는 유전자를 발굴하기 위하여 파킨슨 환자와 정상인 각 13명에서 혈액을 채취하고 3063개의 유전자가 점적된 DNA chip에 반응하였으나 환자와 정상인 사이에서 유의한 차이를 발견하지 못하였다. 또한, 도파민성 신경세포에 특이적으로 작용하는 6-OHDA 혹은 MPTP가 산화성 스트레스를 유발하고 apoptosis에 관여하는 p53의 발현이 증가하고 MAPK에 속하는 ERK, p38, JNK의 인산화가 각각 증가됨으로 이들의 활성이 연관되었으며 세포내의 Ca2+ 농도가 증가하였고 따라서 caspase의 연관성이 확인되었다. 그러나 이런 일련의 사멸 신호는 카이뉴레닌 경로의 대사산물인 키누레닌산 (KYNA)에 의하여 억제됨을 확인하였다. 한편 도파민성 신경세포의 내인성 물질인 BH4에 의해서도 세포내의 ubiquitination이 증가하고 Krebs cycle에 관여하는 aconitase의 활성이 감소하여 본 세포가 선택적으로 사멸될 수 있음을 확인하였다. 또한 이러한 세포사멸은 새로운 화합물에 의해 보호되었음을 확인하였다.
한편 보다 적극적인 치료방법의 개발을 위하여 줄기세포의 분화과정 중에서 항산화제를 함께 처리하였을 때 배아체 형성이 더 원활 하였으며 분화율 또한 높게 나타났으며 이식 후 세포의 분화, 생존율 및 이식효과가 항산화제를 처리하지 않은 경우 보다 더 향상됨을 확인 하였다. 또한 기존에 환자에게 투여 되고 있는 L-dopa의 약리적 작용을 조사한 결과 고 용량의 L-dopa를 실험동물에 투여 하였을 때 운동성 반응에도 영향을 미치니 않았으나 도파민 세포의 사멸을 촉진하였으며 VMAT 과 AADC로 형질전환 된 세포를 이식한 실험동물에서는 L-dopa의 투여를 중단 한 후에도 6 주 이상 효과가 지속됨을 확인하였다. 또한 치료용 유전자 전달 시스템을 구축하기 위하여 고농도의 아데노 부속 바이러스의 생산에 성공하였고 이를 이용하여 GAD 유전자를 실험 동물에 주입한 결과 비대칭적 회전 행동의 완화 뿐 아니라 전기생리학적으로 정상인 동물과 비슷한 정도의 수치를 나타내었다.

Abstract ▼

Parkinson's disease (PD) is developed in late their 50's and is the second most frequently diagnosed neurodegenerative disorder. Since approximately 1% of people in their 60's suffer from this disease and the rate increases to 3.4% in their 70's, the expense for treating the disease became a severe

Parkinson's disease (PD) is developed in late their 50's and is the second most frequently diagnosed neurodegenerative disorder. Since approximately 1% of people in their 60's suffer from this disease and the rate increases to 3.4% in their 70's, the expense for treating the disease became a severe social burden. The disease develops because dopaminergic neurons within substantia nigra pars compacta die, resulting motor dysfunction including tremor, bradykinesia, akinesia, rigidity, and abnormal postures. In addition to the motor dysfunction, patients suffer from reduction of food consumption, loss of body weight, and depression. Although, the mechanism of dopaminergic cell death is not clearly defined, pharmacological treatments including dopaminergic precursor, L-dopa, dopamine receptor agonist, anti-acetylcholine, inhibitors for dopamine metabolism, and surgical treatments were practiced to alleviate symptoms involved in PD. Objects of this study were as follows: First, to construct data base including informations regarding diagnostic results of PD patients, progression of the disease in various patients, and pattern of PD-related gene expressions. Second, to understand the mechanisms involved in the progression of the disease and dopaminergic cell death and prevention of the progression and death using pharmacological reagents or stem cells. Third, to clarify problems that may encounter during clinical applications of the developed protocols. Dopaminergic neuronal specific toxins, 6-OHDA and MPTP, caused oxidative stress, induced P53 protein, enhanced phosphorylation of ERK, p38, and JNK, mobilized Ca2+, and activated caspase, all of which were suppressed by KYNA, suggesting involvement of these in the cellular death. In addition, we found that treatment of BH4, which is endogenous to dopaminergic neuron, caused ubiquitination and reduction of aconitase activity leading to cell death. These lethal effects were inhibited by pretreatment of newly synthesized chemicals. For a development of therapeutic cells for PD, we found that addition of antioxidant during embryonic stem cell differentiation enhanced embryoid body formation, differentiation rate as well as survival after transplantation into PD model animals. Furthermore, when high dose of L-dopa, the primary prescription to the PD patients, was administrated to experimental animals, it did not alleviate motor symptoms but accelerated dopaminergic cell death in experimental animals, However, the effects of L-dopa to the behavior of animals transplanted with cells doubly transfected with VMAT and AADC cDNA were greatly enhanced. For developing a therapeutic gene delivery system, adeno-associated viral system was successfully established. When GAD was delivered into experimental animals using the viral system, asymmetric motor behavior as well as electrophysiological measurements were close to those of normal animals.

목차 Contents

• 보건의료기술진흥사업 최종보고서 서식 ... 1
• 목차 ... 2
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 7
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 7
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 18
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 25
• 5. 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 28
• 6. 연구개발결과의 파급효과 ... 129
• 7. 참여연구원 편성표(총괄) ... 130
• 8. 첨부서류 ... 131
• 제1세부연구개발과제 연구결과 ... 132
• 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 133
• 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 134
• 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 136
• 4. 제1세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 144
• 5. 참고문헌 ... 146
• 제2세부연구개발과제 연구결과 ... 148
• 1. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 149
• 2. 제2세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 155
• 3. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 162
• 4. 제2세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 177
• 6. 참고문헌 ... 181
• 제3세부연구개발과제 연구결과 ... 187
• 1. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 188
• 2. 제3세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 190
• 3. 제3세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 196
• 4. 제3세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 203
• 6. 참고문헌 ... 207
• 제4세부연구개발과제 연구결과 ... 210
• 1. 제4세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 211
• 2. 제4세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 213
• 3. 제4세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 215
• 4. 제4세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 238
• 6. 참고문헌 ... 239
• 제5세부연구개발과제 연구결과 ... 241
• 1. 제5세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 242
• 2. 제5세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 246
• 3. 제5세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 250
• 4. 제5세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 254
• 6. 참고문헌 ... 255
• 제6세부연구개발과제 연구결과 ... 257
• 1. 제6세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 258
• 2. 제6세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 261
• 3. 제6세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 264
• 4. 제6세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 272
• 6. 참고문헌 ... 274