초록 ▼

본 연구의 목표는 최근 퇴행성 뇌질환 치료제 개발에서 새로운 표적으로 대두되고 있는 뇌 유래 신경영양인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 활성화 시키는 항치매 천연 소재를 개발하는 것임. 이를 위하여 1단계 연구에서는 BDNF 기능과 제어 기전을 밝히고, 다양한 천연 소재로부터 BDNF 활성화 기능이 탁월한 소재를 발굴하였으며, 2-3단계 연구에서는 세포 및 동물 치매 실험 모델을 이용하여 후보 소재의 효능을 입증하고 작용기전을 규명하였음. 구체적인 단계별 목표는 하기와 같음.
1단계

본 연구의 목표는 최근 퇴행성 뇌질환 치료제 개발에서 새로운 표적으로 대두되고 있는 뇌 유래 신경영양인자(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)를 활성화 시키는 항치매 천연 소재를 개발하는 것임. 이를 위하여 1단계 연구에서는 BDNF 기능과 제어 기전을 밝히고, 다양한 천연 소재로부터 BDNF 활성화 기능이 탁월한 소재를 발굴하였으며, 2-3단계 연구에서는 세포 및 동물 치매 실험 모델을 이용하여 후보 소재의 효능을 입증하고 작용기전을 규명하였음. 구체적인 단계별 목표는 하기와 같음.
1단계 : 치매에 있어 BDNF의 역할 및 조절 기전 규명/ 항치매 천연 후보물질 발굴
2단계 : 치매 세포 모델을 이용한 후보물질의 신경세포 보호 효능 검증 및 작용기전 규명
3단계 : 치매 동물 모델을 이용한 후보물질의 기억력 개선 효능 검증 및 작용기전 규명
* BDNF는 신경세포의 생존, 장기 기억력 강화(long-term potentiation), 시냅스 가소성(synaptic plasticity)과 관련되어 기억 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있음. BDNF 발현이 감소된 형질전환 마우스의 경우 시냅스 전달, 장기 기억력 강화, 학습 및 기억력에 손상을 보이며, 알츠하이머 치매 환자 및 중증 인지능 손상 환자에서 BDNF의 발현이 낮게 관찰되어 기억력 손상정도와 BDNF의 발현이 음의 상관관계를 보임.
<1단계> 치매로 인한 신경세포 사멸과정에서 BDNF의 역할 및 조절 기전 규명
HT22 해마 신경세포에 베타아밀로이드(Aβ2_5-35)를 처리한 경우 및 형질전환 APPswe 치매 모델에서 BDNF의 단백질과 mRNA 발현이 감소함. 한편, Aβ2_5-35로 유도된 세포독성 및 apoptosis를 통한 세포 사멸(DNA fragmentation, Bcl-2 family 단백질 발현변화, 미토콘드리아 막전압 감소, 인산화를 통한 JNK 활성화, cleavage를 통한 caspase-3 활성화 등)은 BDNF를 처리함으로써 억제되었으며, 반대로 siRNA-BDNF를 사용하여 BDNF 발현을 억제함으로써 증가 됨. Aβ2_5-35로 유도된 세포내 활성산소 및 활성질소종의 축적 또한 BDNF를 과발현 시킴으로써 감소되었으며, siRNA-BDNF에 의해 증가됨. 특히, BDNF는 Aβ25-35로 유도된 지질과산화, 단백산화, 내인성 항산화 물질 GSH 감소 등의 산화적 손상을 효과적으로 억제함. 이후 실험에서는 BDNF의 산화적 스트레스 및 신경세포 사멸 보호효과를 토대로, 해조류로부터 유래하는 phytochemcals 10종을 문헌조사를 통하여 선정하여 BDNF 활성 프로파일을 확립하고 최적의 BDNF 활성화 후보물질들을 도출함.
<2단계> 치매 세포 모델을 이용한 BDNF 활성화 후보물질의 신경세포 보호 효능 검증 및 작용기전 규명
Aβ2_5-35로 유도된 세포독성에 대해 BDNF 활성화 소재인 청각 열수추출물, EtOAc 분획물, 활성성분 clerosterol (CLS)이 보호효과를 가짐을 확인함. 특히, CLS는 Aβ25-35로 인한 DNA fragmentation, 미토콘드리아 막전압 감소, Bcl-2/Bax의 발현 비율 감소, JNK 활성화, PARP cleavage 등의 apoptosis 과정을 억제함. 더 나아가 CLS는 Aβ2_5-35로 유도된 세포내 활성산소 및 질소종의 축적을 현저히 감소시킴.
CLS는 특히 산화적-질소적 손상으로 인한 지질과산화, 단백산화, GSH 고갈에 대해 보호효과를 가짐.
이는 GCL, HO-1, NQO1 등의 항산화 및 무독화 효소의 발현 증가를 통해 매개되는 것으로 사료됨. 뿐만 아니라 CLS는 아세틸콜린 합성 효소와 아세틸콜린 수용체의 발현을 증가시키고, 타우 단백질의 인산화 및 베타아밀로이드를 생성하는 효소 β-secretase의 활성을 억제하는 효능을 가짐. 하지만 스코폴라민으로 유도된 기억력 손상 동물모델에서 CLS는 보호효능이 없었으며, 이후 CLS와 구조 유사체들의 in vitro 및 in vivo 활성을 검토한 결과 β-sitosterol (BSS)를 새로운 후보 물질로 선별함.
<3단계> 치매 동물 모델을 이용한 BDNF 활성화 후보물질의 기억력 개선 효능 검증 및 작용기작 규명
Aβ_1-42로 유도된 기억 및 인지능 저하에 대한 BSS의 보호효과를 검토하고 BDNF 활성화 기전을 규명하기 위하여, C57BL/6의 마우스의 뇌측실내로(i.c.v.) Aβ_1-42를 주입하여 치매동물 모델을 만듦. 이후, BSS을 투여하여 기억력 손상에 대한 보호효과를 Y-미로(Y-maze), 물-미로(Water-maze), 수동회피(passive avoidance), 공포조건화(fear conditioning) 등 다양한 행동실험으로 측정함. BSS는 특히 해마 부위에서 BDNF 활성화-항산화 및 무독화 효소의 증가-타우 단백 인산화 감소를 통해 Aβ_1-42로 인한 기억력 손상 및 산화적 신경세포 사멸을 효과적으로 억제함. 특히, BSS에 의한 BDNF 발현증가는 상위 조절자인 전사인자 p-CREB와 인산화 효소 ERK 및 Akt/PKB에 의해 매개되는 것으로 사료됨.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 39
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 41
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 43
• Ⅲ. 연구성과 ... 46
• 끝페이지 ... 50