초록 ▼

연구개요
신경세포는 다른 세포와 달리 세포분열을 통해 축적된 노폐물을 제거할 수 없기 때문에 라이소좀 (lysosome) 기능 유지가 필수적임. 그럼에도 불구하고 신경세포는 매우 긴 축색 (axon) 구조로 인해 시냅스 말단에서 생성된 소낭 (vesicle)이 역방향 수송 (retrograde transport)을 통해 라이소좀으로 활성화되는 과정이 복잡하고 긴 동선을 가지며 손상 가능성도 높음. 즉, 타우 (Tau) 단백질의 과인산화와 이로 인한 비정상적인 축적이 발생되면 라이소좀의 생합성과 활성이 현저히 감소될 수밖에 없음

연구개요
신경세포는 다른 세포와 달리 세포분열을 통해 축적된 노폐물을 제거할 수 없기 때문에 라이소좀 (lysosome) 기능 유지가 필수적임. 그럼에도 불구하고 신경세포는 매우 긴 축색 (axon) 구조로 인해 시냅스 말단에서 생성된 소낭 (vesicle)이 역방향 수송 (retrograde transport)을 통해 라이소좀으로 활성화되는 과정이 복잡하고 긴 동선을 가지며 손상 가능성도 높음. 즉, 타우 (Tau) 단백질의 과인산화와 이로 인한 비정상적인 축적이 발생되면 라이소좀의 생합성과 활성이 현저히 감소될 수밖에 없음.
따라서 타우 단백질 응집체가 관찰되는 퇴행성 뇌질환들의 발병 원인과 치료제 개발을 위해서는 라이소좀 활성화 과정을 이해해야 하며 특히 소낭 수송 중심의 기전 규명이 선행되어야 함.
이를 위해 본 연구에서는 1) “라이소좀 (lysosome)”의 활성기전을 “아연 (zinc)” 중심으로 탐구하고, 2) 라이소좀 활성 과정에서 수용체 매개 세포내이입 (receptormediated endocytosis) 과정의 중요성을 검증하며, 3) 세포 밖 아연과 세포 내 아연이 라이소좀 활성과 타우 인산화와 축적에 미치는 영향을 관찰하고, 4) 세포 내 소기관들이 아연항상성과 신경세포사에 미치는 영향을 살펴보고자 함. 궁극적으로는 퇴행성 뇌질환의 발병 기전을 이해하고 새로운 치료 전략을 제시하는 것이 목표임.

연구 목표대비 연구결과
1) 산화질소에 의한 자식작용 차단 및 라이소좀 활성 억제 기전 규명
선행연구에서 산화질소 (nitric oxide, NO)가 자식작용을 차단시키는데 이 때 라이소좀 내 cathepsin B (CTSB)가 S-nitrosylation되어 활성이 억제됨을 관찰하였음. NO에 의해 자식작용 순환과정이 억제되고 라이소좀 활성에 문제가 생긴다는 것을 체계적으로 규명함. 이 과정에서 본 연구과제를 위한 연구기법과 노하우를 정립하였음.
2) 아연에 의한 라이소좀 활성 기전 규명
아연은 15분 이내에 라이소좀 pH를 빠르게 산성화시키는데 이는 v-ATPase의 assembly를 촉진하여 나타난 결과임. 아연 처리 2시간 후부터는 TFEB 전사인자의 핵이동과 탈인산화가 증가하고 CTSB 발현과 활성이 증가하는 등 라이소좀의 생합성 또한 증가됨을 확인함. 이처럼 아연은 라이소좀 활성과 합성을 통해 타우 단백질의 축적을 감소시킴.
3) 프로그래뉼린 (progranulin, PGRN)에 의한 라이소좀 활성에서 아연 역할 연구
PGRN이 손실되면 전두측두엽 치매 (Frototemporal lobar dementia, FTLD)와 라이소좀 축적병 (lysosomal storage disease)의 일종인 neuronal ceroid lipofuscinosis (NCL) 증상이 나타남. PGRN은 cysteine-rich protein으로 sortilin, lipoprotein receptor-related protein 1 (LRP1), mannose 6-phosphate receptor (M6PR) 등의 multi-ligand receptor에 결합하여 endocytosis 되는데, 이후 라이소좀으로 이동하여 pH를 낮춘다고 알려져 있음. 아연이 라이소좀의 pH 조절에 관련되어 있으며 PGRN은 아연이 결합할 수 있는 cysteine 잔기가 많은 단백질이라는 점에 착안하여 PGRN에 의한 라이소좀 활성에 아연이 관련되어 있을 가능성을 연구하였음.
4) EGF에 의한 세포내이입 과정 촉진을 통한 라이소좀 양적 향상 기전 규명
EGF를 처리하면 수용체가 빠르게 세포내이입 되어 분해되는 것으로 잘 알려져 있음.
이 과정에서 일시적으로 endosomes 등의 세포내 소낭 구조가 많아지고 라이소좀도 증가될 것으로 예상하여 이를 확인하였음. EGF 처리 후 단순히 세포 내 소낭이 많아질 뿐 아니라 TFEB의 활성을 통한 라이소좀 생합성이 촉진됨을 확인하였음.
5) 세포 밖 아연에 의한 타우 인산화와 세포 내 아연에 의한 라이소좀 활성 연구
세포 내 아연이 급격히 증가되면 신경세포사가 유발됨. 치명적이지 않은 수준의 아연 증가는 라이소좀 활성을 유발했기 때문에 실제 알츠하이머병 환자의 뇌에서는 아연 조절이 독성 또는 라이소좀 활성 중에 어떤 역할을 하게 될지 확인해보고자 함.
타우 인산화는 오직 세포 밖 아연에 의해서만 유도되었으며 라이소좀 내 유입된 아연증가는 세포사를 유발하지 않고 라이소좀 활성을 촉진하였음. 즉, 퇴행성 뇌질환 환자에게 아연을 통한 라이소좀 활성이 치료전략이 될 수 있음을 확인하였음.
6) MPP⁺ 독성기전에서 아연 항상성과 세포 내 소기관 역할 연구
미토콘드리아 독성물질인 MPTP (MPP⁺)에 의한 신경세포사 기전에 아연의 증가와 라이소좀막 붕괴 (Lysosomal membrane permeabilization, LMP) 기전이 중요하며 미토콘드리아를 제거하면 MPP⁺ 독성이 나타나지 않지만 라이소좀의 양이 낮은 수준에서 유지되어 산화성 손상에 취약해 질 수 있음을 관찰하였음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 라이소좀 활성화 기전에 대한 이해 증진
- PGRN에 의한 라이소좀 활성화 기전에서 아연의 역할 제시
- Endocytosis 과정 및 소낭 수송 과정이 라이소좀 활성에 미치는 영향 규명
- 퇴행성 뇌신경 질환의 발병 기전에 대한 이해 증진
- FTD, NCL질환의 치료제 개발을 위한 신규 타겟 발굴
- 아연 중심의 치료제 개발 전략 확립

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개요 ... 4
• 나. 연구가설 및 도출근거 ... 4
• 다. 연구목표 ... 5
• 라. 연구내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 1) 산화질소에 의한 자식작용 차단 및 라이소좀 활성 억제 기전 규명 ... 8
• 2) 아연에 의한 라이소좀 활성 기전 규명 ... 9
• 3) 프로그래뉼린 (progranulin, PGRN)에 의한 라이소좀 활성에서 아연 역할 연구 ... 11
• 4) EGF에 의한 세포내이입 과정 촉진을 통한 라이소좀 양적 향상 기전 규명 ... 12
• 5) 세포 밖 아연에 의한 타우 인산화와 세포 내 아연에 의한 라이소좀 활성 연구 ... 14
• 6) MPP+ 독성기전에서 아연 항상성과 세포 내 소기관 역할 연구 ... 15
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 28