RPS25 유전자가, 축적되기 쉽게 변이된 C9ORF72 단백질을 생산하는 핵심 요소로 밝혀졌다. 이 단백질을 암호화하는 유전자는 루게릭병의 원인이 되는 가장 흔한 변이 유전자 중 하나이다.

RPS25 유전자를 표적으로 하는 것은 루게릭병 환자의 운동 신경세포에서 치명적인 단백질의 생산을 약 50% 감소시키고, 루게릭병 초파리 모델의 생존율을 높였다.

RPS25 유전자는 “C9ORF72 유전자와 관련된 루게릭병과 전두측두엽 치매 및 반복적 팽창에 의해 야기된 다른 신경퇴행성 질환에 대한 잠재적인 치료 표적”으로 보인다고 연구팀은 말했다. 

해당 연구는 "RPS25 유전자는 C9ORF72 및 다른 신경 퇴행성 질환 관련 뉴클레오타이드 반복의 효율적인 RAN 번역에 필요하다."라는 제목으로 Nature Neuroscience 학술지에 게재되었다.

독성 단백질 덩어리는 루게릭병 환자의 뇌에서 흔히 발견된다. C9ORF72 유전자의 변이는 루게릭병의 가장 흔한 유전적 원인이다. 반복 서열 "GGGGCC"가 확장된 해당 변이는 중추 신경계의 세포에 축적되는 비기능성 단백질의 생성을 초래한다.

연구팀은 C9ORF72 유전자의 비정상적 반복이 돌연변이 단백질의 생산을 중단할 것이라고 지적했다. 그러나 이것은 사실이 아니다.

이번 연구의 제1저자인 Yamada 교수는 “사실 유전자의 이런 반복 서열에서부터 단백질이 만들어져서는 안된다. 이들은 아무것도 암호화하지 않는 DNA에서 왔지만, 어쨌든 단백질을 합성했다."라고 설명했다.

유전자 또는 DNA의 정보는 mRNA라고 하는 RNA 분자로 전사된다. 그런 다음 단백질로 번역된다. mRNA가 번역되기 위해서, 세포가 어디부터 mRNA를 "읽어야" 하는지 그 위치를 알려주는 코드가 필요하다. 그러나 루게릭병-반복 유전자에서는 이 코드가 사라진다. 그것은 번역을 시작하면 안된다는 것을 의미한다.

스탠포드 의과 대학의 연구원들은 C9ORF72 유전자의 비정상적 서열이 어떻게 세포에 의해 단백질로 변환되는지 의문을 가졌고, 이것이 ‘RAN 번역’이라는 메커니즘 때문이라는 것을 알아냈다.

Yamada 교수는 “반복된 서열에서는 번역이 정상적으로 일어나지 않는다.”면서, “하지만 분자적 해결 방법이 있다. 바로 루게릭병-반복 유전자를 해로운 단백질체로 만드는 “반복 관련 non-AUG 번역(RAN 번역)”이라는 과정이다."라고 말했다. 

연구팀은 번역 분자 시스템을 조절하는 것으로 알려진 275개의 유전자를 테스트했다. 그들은 C9ORF72의 유전자 반복을 효모 세포에 삽입하고, 비정상적 번역을 수행하는 것에 어떤 유전자가 가장 중요한지를 이해하려고 노력했다.

연구팀은 스크리닝 과정으로 효모의 번역을 변화시킨 42개의 유전자를 확인했다. 이 중 그들이 주목한 것은 작은 RPS25A라는 유전자였다.

RPS25A 유전자는 리보솜의 소단위체(40S)를 암호화한다. 연구팀이 효모 세포에서 RPS25A 유전자를 제거했을 때, 독성 단백질의 생산이 50% 감소했다.

다음으로, 그들은 세포에서 RPS25(RPS25A 유전자와 동일한 포유류의 유전자)를 삭제하는 것이 치료 효과를 가지는지 테스트했다.

연구팀은 루게릭병 환자 3명의 세포를 이용하여, 체내 거의 모든 종류의 세포를 만들 수 있는 유도 만능 줄기세포(iPSC)에 주목했다.

그들은 iPSC가 C9ORF72 유전자의 루게릭병-반복을 가지는 운동 신경세포가 되도록 만들었다. 그리고 관련 iPSC에서 다시 RPS25 유전자를 제거했을 때, 루게릭병 운동 신경세포에서 독성 단백질이 약 50% 감소하였다는 것을 발견했다.

중요한 것은 RPS25 유전자를 표적화하는 것이 전체 mRNA의 번역에 영향을 미치지 않았다는 점이다. 이것은 RPS25 유전자를 표적한 것이 세포 내부의 정상 단백질 생산에 영향을 미치지 않았다는 것을 의미한다.

Yamada 교수는 “유전체 분석을 통해 루게릭병-관련 반복 서열이 여전히 존재하고, 순서가 바뀌지 않았다는 것을 알 수 있었다. 변화된 것은 리보솜의 단백질 생산량이었다. 반복 서열은 거의 독성 단백질로 합성되지 않았다.”라고 설명했다. 

루게릭병에서 RPS25 유전자의 역할을 확인하기 위해, 연구자들은 루게릭병 초파리 모델을 사용했다. 건강한 초파리의 수명은 약 50일이다. 루게릭병 변이와 기능성 RPS25 유전자를 가진 초파리는 수명이 평균 29일로 줄었다. 연구자들은 RPS25 유전자의 발현 정도를 낮추면, 파리의 수명이 평균 38일로 늘어나는 것을 발견했다.

향후에는 쥐와 같이, 더욱 복잡한 동물 모델에서도 실험이 수행될 것이다.

Yamada 교수는 “우리는 초파리에서 유전자를 조작했지만, 완전히 제거하지는 않았다. RPS25 유전자없이 동물이 생존할 수 있을지는 다음 연구의 큰 도전 과제이다."라고 말했다. 

유전학 교수이자 연구의 주요 저자인 Gitler 교수는 “우리는 단백질이 축적된 덩어리가 루게릭병의 분명한 특징이라는 것을 알게 되었다. 이러한 발견을 통해 우리는 응집체가 어떻게 만들어는지, 그리고 어떻게 그 과정을 막을 수 있는지에 대해 더 심도있게 살펴볼 수 있다.”라고 덧붙여 설명했다.

 

출처: ALS News Today