중추 신경계 내부의 면역세포와 구조세포에 의한 미토콘드리아의 분열 또는 기능 장애가, 신경세포의 사멸을 유발하고 루게릭병과 같은 신경퇴행성 질환을 유발하는 결정적인 원인이라는 연구 결과가 나왔다.
스탠포드 의과 대학의 연구자들이 주도한 연구는 미토콘드리아 분열을 억제하는 것이 루게릭병, 알츠하이머병, 헌팅턴병과 같은 질환에서 신경세포의 죽음을 예방하기 위한 새로운 전략이 될 수 있음을 보여준다.
이번 연구 결과는 Nature Neuroscience 학술지에 “미세아교세포에서 방출된 미토콘드리아 조각이 A1 별아교세포 반응을 유발하고 염증성 신경파괴를 촉진한다”라는 제목으로 게재되었다.
약 7년 전, 스탠포드 대학의 화학·시스템 생물학 교수인 Mochly-Rosen 박사와 동료들은 미토콘드리아의 분열을 유발하는 신호를 차단할 수 있는 작은 단백질(P110)을 고안했다.
현재 Mochly-Rosen 박사가 이끄는 연구팀은 P110 단백질이 중추 신경계의 신경세포에 미치는 영향을 면밀히 조사했다.
연구팀은 알츠하이머병, 헌팅턴병, 루게릭병을 가지는 쥐를 P110 또는 위약으로 치료하였다. 그리고 분석을 위해 뇌 조직 샘플을 추출하였다. 그들은 위약을 투여받은 쥐들에서 미세아교세포와 별아교세포가 모두 활성화의 징후를 보였다는 것을 발견했다. 한편, P110을 투여받은 쥐들에서는 관련 세포의 활성화가 적고, 질환 진행이 느리다는 증거가 관찰되었다.
연구에 따르면, P110으로 치료했을 때 몇몇 신경계 질환과 관련된 아밀로이드-베타 응집체의 양이 상당히 감소했다. 또한, 미토콘드리아가 건강해지고, 신경 염증이 감소해서 쥐의 수명이 연장되었다.
다음으로, 연구팀은 실험실에서 미세아교세포를 배양했다. 그들은 질환-관련 독성 단백질 응집체와 같은 스트레스 자극에 노출되었을 때, 관련 세포가 미토콘드리아와 활성 신호 분자를 외부로 분비한다는 것을 발견했다.
별아교세포를 이 배지에서 배양한다면, 세포가 활성화되어 미세아교세포와 별아교세포 사이에 염증 유발 신호가 직접 전달된다.
추가적인 상세한 실험에 따르면, P110의 긍정적인 효과는 대부분 미세아교세포가 손상됐거나 조각난 미토콘드리아를 뇌 조직으로 방출하는 것을 막고, 이에 따라 별아교세포의 활성화를 방지함으로써 입증되었다.
Mochly-Rosen 박사는 “많은 사람들은 세포 외부에 위치한 미토콘드리아가 죽은 또는 죽어가는 세포의 유령일 것이라고 생각했다. 그러나 우리는 배지에서 손상된 미토콘드리아와 함께 활성이 높은 미토콘드리아를 많이 발견했다. 그리고 그것들을 방출하는 신경교세포는 매우 활동적으로 보인다.”라고 말했다.
연구원들은 “임상 및 실험 연구를 통해 뇌졸중 환자에게서 단편화된 미토콘드리아를 확인했다. 이는 세포 외 공간에 미토콘드리아가 있는 것이 신경퇴행성 질환의 바이오마커임을 암시한다.”라고 말했다. 다시말해, 주변 조직에 기능 장애를 가지거나 단편화된 미토콘드리아의 양이 많을수록 신경 염증 및 신경세포 사멸의 비율이 더 높은 것으로 관찰된다.
해당 질환과 관련된 미토콘드리아의 분열은 Drp1-Fis1 신호 경로를 따르는 것으로 밝혀졌으며, 이는 P110에 의해 중단될 수 있다. 이에 반해 P110을 활용한 치료는 미토콘드리아를 정상적으로 유지하는데 필요한 Drp1 및 Mff 신경 전달 경로에 영향을 미치지는 않는다.
이러한 효과는 P110이 가진 강점으로 볼 수 있는데, 질환에 관련된 미토콘드리아의 영향은 억제하면서 정상 미토콘드리아는 신경세포로 적절히 전달할 수 있기 때문이다.
연구팀은 이상이 생긴 미토콘드리아가 어떻게 염증과 신경세포의 사멸에 관여하는지에 대한 연구를 위해 노력하고 있다. 또한 연구 책임자인 Mochly-Rosen 박사와 Joshi 박사는 헌팅턴병, 루게릭병 및 기타 퇴행성 신경 질환에서 P110의 유용성에 대한 특허를 출원했다.
출처: ALS News Today
