왼쪽 위부터 시계방향으로 이정호 교수, 백세범 교수, 손종우 교수, 조상현 학생, 장재선 박사, 고현용 박사
[데일리메디 이슬비 기자] MTOR 유전자 돌연변이에 의해 약물 저항성이 높은 뇌전증이 발병하는 메커니즘이 규명됐다.
25일 카이스트는 이정호 교수(의과학대학원)·백세범 교수(바이오및뇌공학과)·손종우 교수(생명과학과) 공동 연구팀의 연구 결과를 발표했다.
연구팀은 다학제적으로 접근해, 세포 내 유전학 관점·단일 세포의 전기생리학 등을 활용하고 다양한 실험·시뮬레이션 연구를 진행했다.
뇌전증의 원인 중 하나인 국소피질 이형성증은 대뇌발달 과정에서 일부 신경줄기세포의 mTOR 경로 상 체성유정변이(MTOR·TSC·DEPDC5)로 발생한다. 이는 항뇌전증제 약물 치료에 잘 반응하지 않아 치료가 어렵다.
이에 연구팀은 국소피질 이형성증 환자의 실제 조직과 같은 질환을 가진 동물 모델을 이용해 실험했다. 개별 신경세포의 체성유전변이가 신경망 수준의 발작도로 이어지는 원리를 규명했다.
체성유전변이는 뇌 조직의 적은 수의 신경세포(5% 이하)에서 발생하며 해당 신경세포들의 전기적 성질은 정상세포와 다르게 변화하는 것이 발견됐다.
대다수의 정상세포를 포함한 전반적 신경망 활동 시뮬레이션 결과, 이러한 돌연변이는 매우 적은 비율의 신경세포에만 국한돼 있었다. 이에 해당 세포들 자체의 전기적 성질 변화만으로는 전체 신경망의 비정상적인 활동이 유발되지 않았다.
이에 신경망 수준 발작 활성도가 발생하는 이유를 설명할 수 없다고 판단한 연구팀은 후속 실험을 했다. 뇌전증 발작 유도가 가능한 활성도는 MTOR 체성유전변이를 가진 신경세포가 아니라 그 주변 변이가 없는 신경세포에 의해 발생하는 것을 알아냈다.
유전자 변이를 가진 신경세포의 활성도가 뇌전증의 직접적 원인이 되는 것이 아니라, 해당 세포가 주변 대다수 비변이 신경세포에 특정 변화를 유도해 전체 신경망 수준의 발작 활성도가 발생한다는 것이다.
이는 뇌 체성유전변이로 인한 비세표 자율성 활성도를 보여주는 예라는 설명이다.
이에 착안해서 추가 동물실험·수술 후 환자 뇌 조직을 이용한 연구도 진행됐는데, MTOR 체성유전변이를 가진 세포에서는 아데노신 키나제(ADK) 유전자가 과발현됐다.
이후 주변 대다수 비변이 신경세포의 네트워크 체계가 교란돼 과활성도가 유도됐으며 이는 전체 신경망 수준의 과다 활동으로 이어졌다.
연구팀은 “약물 저항성이 높아 기존에 효과적으로 대처할 수 없었던 뇌전증 발병 원인에 대해 깊은 통찰을 제공했다”며 “한 분야 실험·연구 기법만으로는 해결하기 어려운 문제에 대해 다학제적 접근으로 해결책을 제시한 효과적인 공동연구였다”고 평가했다.
한편, 이번연구는 카이스트 고현용 박사(의과학대학원)·장재선 박사(바이오및뇌공학과)·주상현 학생(생명과학과) 등이 공동 제1 저자로 참여했다. 신경학 분야 국제학술지 ‘애널스 오브 뉴롤로지’에 7월 29일 게재됐다. |
