초록 ▼

본 연구의 최종목표는 각종 암을 비롯하여 알츠하이머와 같은 퇴행성 신경질환 질병의 원인 기전에 해당하는 프로그램된 세포사멸(에이파토시스, apoptosis)을 조절하는 식용 나노입자의 개발이다. 이를 위해, 에이파토시스 조절 기능을 가지는 테트라펩타이드와 siRNA를 식용 나노입자에 결합시켜 목적하는 장기에 안정적으로 보내어, 그 기능이 제대로 작용하는지, 생체 내 반응 기전은 어떻게 일어나는지를 규명하고 검증하는 것이다. 세부적인 목표로는 첫째, 생체 내에서 가장 유해성이 없으면서 확산 효율이 높은 식용 나노입자의 소재를 발굴한다

본 연구의 최종목표는 각종 암을 비롯하여 알츠하이머와 같은 퇴행성 신경질환 질병의 원인 기전에 해당하는 프로그램된 세포사멸(에이파토시스, apoptosis)을 조절하는 식용 나노입자의 개발이다. 이를 위해, 에이파토시스 조절 기능을 가지는 테트라펩타이드와 siRNA를 식용 나노입자에 결합시켜 목적하는 장기에 안정적으로 보내어, 그 기능이 제대로 작용하는지, 생체 내 반응 기전은 어떻게 일어나는지를 규명하고 검증하는 것이다. 세부적인 목표로는 첫째, 생체 내에서 가장 유해성이 없으면서 확산 효율이 높은 식용 나노입자의 소재를 발굴한다. 둘째, 에이파토시스 조절 가능 테트라펩타이드와 에이파토시스 조절 유전자에 상보적인 siRNA 등을 나노입자에 결합한다. 셋째, 세포사멸 조절 물질이 결합된 나노입자를 동물에 도입하여 그 기능을 검증한다.
프로그램된 세포사멸이라 일컬어지는 에이파토시스는 생명체의 조직이나 기관을 구성하는 세포의 항상성을 유지하는 매우 중요한 기전이다. 인간의 수많은 질병이 에이파토시스가 불충분하게 일어나거나 혹은 과잉으로 일어나서 생긴다. 본 연구를 통해, 테트라펩타이드와 이중 가닥의 siRNA와 결합한 기능성 식용 나노입자를 제작했으며, 이를 선충류의 동물인 Caenorhabditis elegans 에 도입하여 동물의 발생단계와 산화스트레스에 의해 유발되는 세포사멸, 에이파토시스를 조절하는 결과를 얻었다. C. elegans 에서 일어나는 에이파토시스는 네 종류의 유전자에 의해 조절된다. 사멸하는 세포에서 에이파토시스를 일으키는 세 종류의 단백질에는 CED-3 (캐스페이즈, caspase), CED-4 (척추동물의 Apaf-1과 ortholog), EGL-1 (BH3 도메인 단백질)이 있으며, 생존 세포의 에이파토시스를 억제하는 단백질에는 CED-9 (척추동물의 Bcl-2와 ortholog)이 존재한다. 포유류에서 에이파토시스를 일으키는 효소인 케스페이즈에 해당하는 CED-3 단백질의 활성은 본 연구과제를 통해 나노입자에 결합된 CED-3 단백질의 기질인 6종류의 테트라펩타이드 (DEVD, IETD, VEID, LEHD, YVAD, LGPD)에 의해 억제됨을 확인했다. 또한, 세포사멸 유전자의 mRNA와 상보적인 siRNA를 제작하여 나노입자에 결합시켜, C. elegans 에 존재하는 에이파토시스 조절인자들에 해당하는 ced-9, ced-3, ced-4, egl-1 이 나노입자 결합체에 의해 불활성화하게 되었다. 본 연구그룹은 최근 폴리스티렌 (polystyrene) 나노입자를 단순히 동물에 며칠간 먹이는 것만으로도 나노입자들이 동물의 장내에 오랫동안 머무르며 이웃 장기로 전파되는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라, 위와 같은 유전자의 특이적인 기질이아 siRNA를 사용하지 않고 범용적으로 다세포동물의 특정 조직에 에이파토시스를 유발시킬 수 있는 탄소나노입자를 선별하게 되었다. 하이드록실 그룹이 표면에 붙어 있는 풀러렌 (C60, fullerene) 나노입자, 풀러롤 (C60(OH)n, fullerol)에 의해 나노입자가 주로 생농축되는 소장 조직과 인근 조직에 세포사멸을 일으키는 것을 확인했다.

목차 Contents

• 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8