초록 ▼

□ 연구개요
모델동물 유전학적 연구와 사람 세포주를 이용하는 세포생물학적 연구기법으로 현재까지 기능이 밝혀지지 않은 UCHL1의 환자돌연변이들이 파킨슨병의 발병과 어떠한 연관이 있는지, 기존에 알려진 다른 파킨슨병 원인유전자와 어떠한 상호작용을 하는지 등을 규명함. 나아가 UCHL1의 기질을 밝혀내어 신경세포 내에서 어떠한 역할을 하는지, 이 기능과 파킨슨병의 연관성이 존재하는지를 알아보았으며, 궁극적으로 UCHL1의 활성 제어를 통해 유전성 파킨슨병의 병리기전 이해를 도모하였음

□ 연구 목표대비 연구결과
1

□ 연구개요
모델동물 유전학적 연구와 사람 세포주를 이용하는 세포생물학적 연구기법으로 현재까지 기능이 밝혀지지 않은 UCHL1의 환자돌연변이들이 파킨슨병의 발병과 어떠한 연관이 있는지, 기존에 알려진 다른 파킨슨병 원인유전자와 어떠한 상호작용을 하는지 등을 규명함. 나아가 UCHL1의 기질을 밝혀내어 신경세포 내에서 어떠한 역할을 하는지, 이 기능과 파킨슨병의 연관성이 존재하는지를 알아보았으며, 궁극적으로 UCHL1의 활성 제어를 통해 유전성 파킨슨병의 병리기전 이해를 도모하였음

□ 연구 목표대비 연구결과
1. UCHL1 결손 또는 파킨슨병 환자돌연변이 모델동물 및 UCHL1 결손 사람 세포주 제작 (100% 달성)
- CRISPR/Cas9 기법을 이용하여 UCHL1 결손 및 E7A, S18Y, C90S, I93M KI 초파리 모델동물을 성공적으로 제작함
- UAS-GAL4 시스템을 이용하여 UCHL1의 발현을 조직 특이적 및 발생 시기별로 조절할 수 있는 초파리 유전학적 연구시스템을 구축하였음
- CRISPR/Cas9 기법을 이용하여 UCHL1 결핍된 사람 SH-SY5Y와 HEK293 세포주를 제작하였음
2. UCHL1 결손 또는 돌연변이에 따른 생체변화 분석 (100% 달성)
- UCHL1의 결핍 또는 기능 상실 초파리에서 일반적인 형질변화를 확인하였으며, 파킨슨병과 연관된 형질인 운동성 감소, 도파민 신경세포의 사멸, 미토콘드리아의 변성 등을 확인함
- UCHL1 결손 사람 세포주의 프로테옴 분석: 정상 세포주와 UCHL1 결손 세포주를 비교하여 유비퀴틴화된 단백질 펩타이드를 분리하고 Mass spec 분석을 통하여 유비퀴틴화가 변화가 일어난 단백질군을 확인함. 이들은 잠정적으로 UCHL1의 탈유비퀴틴화 효소작용의 새로운 기질일 가능성이 높음
3. UCHL1 효소기능의 생화학적/유전학적 분석을 통한 질병기전 이해 (100% 달성)
- UCHL1의 탈유비퀴틴 효소활성 측정기법 개발: 유비퀴틴에 형광색소가 결합된 기질을 사용하여 간편한 생화학적 분석법을 개발함. 이를 이용하여 야생형 UCHL1과 환자돌연변이를 가진 recombinant UCHL1 단백질에 대하여 탈유비퀴틴 효소활성을 성공적으로 측정함
- UCHL1 결핍 또는 환자돌연변이 KI 모델동물을 정상개체와 비교하여 UCHL1의 효소활성 정도와 파킨슨병의 표현형 및 병리적 현상의 상관관계를 정량적으로 분석함
- 프로테옴 분석연구에서 새롭게 발굴된 UCHL1 기질 단백질인 PKM을 생화학적으로 분석함
- 새로운 UCHL1 기질 단백질인 PKM과 UCHL1의 상관관계를 초파리 유전학적 연구로 검증하였음
4. UCHL1 모델동물과 다른 파킨슨병 원인유전자 모델동물들과의 유전학적 상호작용 연구 (100% 달성)
- 현재까지 알려진 20여 종의 파킨슨병 원인유전자 모델동물들과 UCHL1 모델동물과의 교배를 통해 파킨슨병 원인유전자 상호 간의 표현형에 어떤 변화가 있는지 관찰하였음. 1차와 2차 스크린을 통해 UCHL1과 PINK1/Parkin의 상호작용을 최초로 발견함. 이를 통해 UCHL1의 새로운 병리기전을 이해할 수 있었음
5. UCHL1의 단백질 구조 및 활성에 기반한 파킨슨병 표적 발굴 (100% 달성)
- UCHL1 단백질의 효소 활성에 중요한 부위인 시스테인 90, 히스티딘 161, 아스파탐산 176, 알기닌 178 등의 구조적 특이성을 분석하여 UCHL1의 효소활성 부위를 선택적으로 제어하는 새로운 억제화합물을 발굴하기 위해 노력을 함. 또한 기존에 알려진 UCHL1의 억제제인 LDN57444를 표준물질로 사용하여 다양한 생체 실험을 수행하였음
6. 새로 발굴된 UCHL1 신호체계 유전자의 제어를 통해 파킨슨병의 제어가 가능 여부 확인 (100% 달성)
- 새로 확인한 UCHL1 신호경로 인자에 대한 유전학적 조절을 통해 파킨슨병의 병리현상이 조절됨을 초파리 모델동물에서 확인함

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1. UCHL1의 기능을 최초로 확인하였으며 이 연구성과를 이용하여 다음의 과학적 질문을 해결할 것임
- UCHL1의 돌연변이는 실제 파킨슨병을 유발할 수 있나? UCHL1의 돌연변이에 의한 파킨슨병 발생의 병리기전은 무엇인가?
- 뇌신경조직에서 가장 많이 발견되는 단백질 중의 하나인 UCHL1을 이용하여 파킨슨병의 치료, 진단, 예방을 위한 새로운 연구기반을 제공할 수 있나?
2. 파킨슨병의 환자는 전 세계적으로 700~1,000만 명을 넘어 두 번째로 많은 신경퇴행성 질환으로 향후 고령화의 가속화에 따라 환자 수는 지속적으로 늘어날 것으로 판단됨. 그럼에 불구하고 질병의 기전에 대한 이해가 부족하며, 그에 따라 유효한 치료제 개발 전략이 거의 없는 상황임. 본 연구성과를 통해 도파민성 신경세포의 기능이 UCHL1에 의해 어떻게 조절되고 유지되는지, 또 그 과정에 관여하는 다양한 세포내․외부적 신호들의 역할은 무엇인지를 규명함으로써 파킨슨병의 질병치료 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 생각함
3. 파킨슨병뿐 아니라 UCHL1의 다양한 기질에 연관된 다른 퇴행성질환, 심장 및 근육 질환, 노화 등에 대한 예방 및 치료법 개발에도 단초를 제공할 수 있을 것으로 예상함

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 목적과 필요성 ... 4
• 나. 연구가설 ... 4
• 다. 연구개발의 최종 목표 ... 7
• 라. 연구개발의 연차별 연구범위 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 가. 파킨슨병 원인유전자 UCHL1의 활성과 질병기전 연구 ... 9
• 나. 파킨슨병 다른 원인유전자들과 UCHL1의 상호 연관성 연구 ... 12
• 다. UCHL1을 표적하는 새로운 파킨슨병 치료기전 연구 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 가. 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 나. 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 다. 목표 달성 수준 ... 17
• 라. 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 17
• 4. 연구개발 성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발 결과의 중요성) ... 17
• 가. 연구개발 결과의 과학적 중요성 ... 17
• 나. 연구개발 결과의 사회적 중요성 ... 18
• 5. 연구개발 성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 가. 연구개발 성과의 활용분야 및 방안 ... 18
• 나. 추가연구의 필요성 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 28