서울대 강경선교수팀, 신경질환 원인 규명 기전 밝혀
국제학술지 줄기세포(Stem Cells) 인터넷 판에 게재

국내 성체줄기세포 연구의 권위자인 서울대 수의대 강경선 교수 연구팀이 2년간의 연구 끝에 퇴행성 난치성 신경질환의 원인인 신경줄기 세포死와 관련된 유전자를 규명하고 기전(매카니즘)을 밝혀내는 쾌거를 올렸다.

강교수 연구팀은 신경줄기세포의 자체재생능력과 분화에 NPC 1 유전자가 중요한 역할을 담당하고 있으며, 이 유전자의 결손이 신경줄기세포의 재생 및 분화의 불량에 이유가 되며, 이러한 신경줄기세포의 자체 재생 불량이 퇴행성 신경질환을 일으키게 된다는 연구결과를 발표했다.

또한 NPC 1 유전자의 결손은 신경줄기세포로 부터 비정상적인 형태의 성상세포의 발현을 유도하고, p38 단백질 카이나제 효소 경로와도 상관성이 있음을 밝혀냈다.

이 연구결과는 국제적인 저명학술지인‘줄기세포’지 인터넷판에 Express로 게재됐다.

강교수 연구팀의 이번 결과는 줄기세포를 이용한 퇴행성 신경질환의 치료 및 예방의 길을 연 것으로 학술적으로도 큰 의미를 지니는 성과라 할 수 있다.

특히 전 세계 의학계에서 줄기세포의 자체 재생능력과 분화와 관련한 유전자와 기전을 찾기 위해 연구가 경쟁적으로 진행되고 있는 상황에서 한국의 강교수팀이 이번 연구결과를 발표했다는 점에서도 큰 의미를 지닌다.

또한 현재까지 국제적으로 진행된 연구들은 신경 줄기세포를 이용하여 신경 퇴행성 질병을 치료하는데 만 주안점을 둔 반면 이번 연구는 그 근본 기전에 대한 연구가 이루어졌다는 점에서도 큰 의의가 있다는 것이 학계의 평이다.

강교수 연구팀은 이번 연구결과를 바탕으로 NPC1 유전자와 p38 단백효소 저해제가 퇴행성 신경질환치료에 실제적인 효과가 있는지를 동물실험을 통해 밝힐 예정이다.
국내특허출원은 물론 국제특허도 출원상태인 이번 연구 결과에 대해서는 같은 수의대 생명공학자들로 구성된 바이오업체안 알앤엘바이오(대표 라정찬)가 산업화 방안을 모색할 예정으로 알려졌다.

알앤엘바이오는 이 연구의 기술도입을 위한 계약을 서울대 산학협력재단 정운찬 이사장과 체결한 바 있다.

회사측은 이 기술을 이용 치매 및 퇴행성 뇌질환 환자용 세포치료제를 개발할 예정이라고 말했다.

<연구 배경과 내용>

1. 배경

◈ 니이만 픽병(NPC)이란 무엇인가?

NPC는 유전형 열성유전 질병으로서 18번 염색체의 장완(18q11-12)에 위치하는 cholesterol 대사에 관여하는 유전자(NPC1)에 의해 발병하는 질환이다(Castea et al., 1997).

또한 생화학적으로나 유전학적인 배경이 다른 질환으로 모든 인종에서 나타난다고 알려져 있으며 (Schuchman and Miranda, 1997), 특히 중추신경계와 간 등에서 많은 양의 콜레스테롤이 세포 내에 축적되어 혈액내에서 저 cholesterol 혈증을 보이는 것이 특징이다.

일반적인 발병률은 신생아에서 10만명 중 하나의 꼴로 집계되고 있으나 지질학적으로 유행성 차이가 커 캐나다의 Nova Scotia 주의 경우 1%가 NPC 발병률을 보였고, carrier rate는 10명중 1명이 가지고 있는 것으로 조사되었다.

현재까지 뚜렷한 치료법이 없이 저 콜레스테롤 식이요법과 콜레스테롤을 낮추는 액물로서 니이만 픽병의 진행을 늦추는 실정이며, 아직까지 그 치료방법은 실험동물을 이용한 in vivo 단계에 있어 사람에게 적용은 아직 실험 단계에 머물러 있는 수준이다.

◈ NPC와 퇴행성 신경질환

NPC 질환에서 특징적인 axon, spheroids는 뇌간(brain stem)이나 소뇌의 백색질 같은 long myelinated axon을 갖는 지역에서 집중되지만, neurofibrillary tangles (NFTs) 같은 것은 알츠하이머병에서 NFTs가 호발하는 부위(hippocampus, entorhinal cortex, thalamus and basal ganglia)와 같은 지역에서 발견되었다 (Vincent et al., 2003).

즉 항원이나 구조적인 면에서 알츠하이머병의 것과 유사하게 니만픽병에서 NFTs의 생성이 알츠하이머보다 20∼30년 먼저 발생했음을 알 수 있다.

또한 신경병리학적 증상 역시 일츠하이머병과 비슷하게 치매, Ataxia, Cataplexy, 정신적인 문제등이 나타나는 것으로 알려져 있다.


◈ 줄기세포의 자체재생 능력

줄기세포의 가장 중요한 특성은 미분화 상태로 자신의 세포를 계속해서 자가 생산할 수 있는 능력과 세포가 위치하는 환경에 따라 적정한 신호에 따라 여러 가지 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있어야 한다.

특히 자체재생능력 (Self renewality) 은 여러 가지 유전자와 관련하여 그 능력이 증가되기도 하고 줄어들기도 한다.

특히 신경줄기세포와 관련하여, 자가 생산능력을 조절하는 유전자로 Notch and Numb등이 있으며, Notch 유전자의 억제는 신경 줄기세포의 자가 생산 능력을 증가시켜 신경 발생을 촉진한다.

Numb유전자는 신경줄기 세포의 발생기간 동안 다양한 역할을 하며 신경계통을 만드는데 중요한 것으로 알려져 있다.

또한 polycomb family transcriptional repressor Bmi-1 유전자 역시 신경줄기세포가 중추 및 말초신경계를 형성하는데 필요한 신경재생능력을 조절하고 있음이 발표되었다. 줄기세포의 재생과 관련한 유전자를 찾으려는 노력들이 전세계적으로 경주되고 있다.

신경줄기세포의 세포사에 중요한 기전으로 세포내의 복작하게 얽힌 세포 신호전달체계 관여되고 있으며, 그 대표적인 것으로 MAPK kinase signling을 들 수가 있다.
이들 단백질 카이나제 효소들 중 p38 MAPK kinase와 c-Jun N-terminal protein kinase signaling이 신경줄기 세포의 세포사와 분화를 조절하고 있음을 본 연구팀에서 밝힌바 있다.

그러므로 줄기세포의 고유한 multipotent 한 능력을 가지고 있으면서 계속적으로 자가생산할수 있는 자체재생능력 능력을 유지하기 위해서는 이에 관련된 유전자와 그에 연관된 경로를 찿아 연구 하는 것이 중요하다.

제목 : NPC1 gene deficiency leads to lack of neural stem cell self-renewal and abnormal differentiation through activation of p38 MAP kinase signaling(Stem Cell Express, 2005)


2. 연구내용 및 결론

본 연구팀에서는 니이만 픽병 동물 모델을 이용하여, 니이만 픽병이 신생아를 비롯한 초기에 발생하는 점에 착안하여, 출생 전 NPC1 유전자 결손 쥐의 태자( E16.5)의 뇌를 배양하여 초기발생단계부터 NPC 유전자 의 역할을 규명하고, 신경줄기세포가 분화 후 NPC gene 에 의한 세포 신호 전달과정에 미치는 영향을 조사하였다.

특히 현재 까지 국제적으로 진행된 연구들은 신경 줄기세포를 이용하여 신경 퇴행성 질병을 치료하는데 주안점을 두었지 그 근본 기전에 대한 연구는 제대로 이루어지지 않은 상태이다.

그래서 본 연구팀에서는 신경퇴행성 질병에서 특정 유전자가 손실되었을 시 신경줄기 세포의 자가 생산 능력과 분화 능력에 어떠한 영향을 줄수 있는지 중점적으로 연구하여, 퇴행성 질환중의 하나인 니이만 픽병 질환의 근본적인 해결책을 제시하고자 하였다.

◈ 연구 방법

니이만 픽병 질환 동물모델인 BALB/c NPC1NIH mice, heterozygous (NPC1-/+)를 사용하였으며, 암수 교배 후 16일째 되는 날에 태자의 뇌에서 대뇌만 적출하여, 신경줄기세포를 배양 하였다.

배양 후 Western blotting 과 면역염색를 통해 NPC1 유전자가 신경줄기세포의 자체재생과 분화에 어떠한 영향을 미치는지 규명하였다.

◈ 연구 결과

NPC1 결손 쥐에서 배양한 신경줄기세포는 Wild type 과 비교하여 자체재생능력이 현저히 낮았으며, 분화 유도 후 성상세포 의 발현이 정상마우스 신경줄기세포와는 다른 형성을 보였다.

기존에 연구된 논문에 의하면 NPC-/- mice에서 비정상적인 성상세포의 발현형태가 보고 된바 있다.

NPC-/- mice에서 배양된 신경줄기세포에서 MAPK kinase family 인 pERK1/2 와 p38 의 발현이 높은 것을 나타났으며, p38 저해제인 SB 202190 와 pERK1/2의 저해제인 PD 98059을 처리했을 때. NPC-/- mice에서 배양된 신경줄기세포의 자체재생능력이 wild type과 비슷하게 회복되는 것을 알 수 있었다.

NPC1 유전자는 신경 줄기 세포의 자체재생능력을 현저하게 감소시키며. 비정상적인 형태의 성상세포의 발현은 MAPK kinase signaling 중 하나인 p38 의 활성을 통해 이루어짐을 알 수 있었다.

본 연구 결과를 토대로 신경줄기 세포의 self-renewal 능력을 조절하는 중요한 유전자로 NPC 1 gene이 관련되어 있음을 밝혀내었으며, NPC 1 gene의 부재로 인한 신경 줄기세포의 자체재생능력 부족은 니이만 픽병의 신경병리학적 증상과도 관련이 있을 것이라 사료되며, 또한 MAPK kinase inhibitor를 이용한 치료법의 개발은 니이만 픽병 환자들 뿐만아니라 알츠하이머병과 같이 다른 퇴행성 신경질환과 관련하여 신경줄기 세포의 자체재생능력을 회복 시킴으로서 난치성 퇴행성신경질환 치료에 응용 될 수 있으며, 본 연구팀의 결과는 줄기세포를 이용한 신경퇴행성 질병 치료에 근본적인 기틀을 세울 수 있을 것이라 사료된다.4. 인물 및 회사소개

◈ 강경선 교수 소개1963년생인 강교수는 1989년 서울대학교 수의과대학를 졸업하고 동대학에서 수의공중보건학 박사 학위를 1993년에 받았다.

2003년 캐나다 U. of British Columbia 의과대학 방문교수 등의 활동과 함께 현재 서울대학교 수의과대학 부교수 및 알앤엘생명과학주식회사의 CTO를 역임중이다.

농림부 국립검역원 위해 축산물회수 심의회 심의위원, 서울대학교 의과대학 이식연구소 운영위원 등 정부 및 학협회 관련 활동과 함께 줄기세포 국제 전문 학술지인 ‘스템 셀(stem cell)에 연구결과가 게재되는 등 논문발표도 활발히 하고 있다.

강교수는 성체줄기세포 연구활동으로 배아줄기세포를 연구하는 황우석 교수와 함께 줄기세포 연구의 대표주자 중의 한사람이다.◈ 강경선 교수가 연구하고 있는 성체줄기세포

성체줄기세포는 다 자란 성체(成體)에서 찾아낸, 자기재생이 가능한 세포다.

다 자란 상태에서 다른 세포로의 변화가능성을 지녀야 한다는 점에서 골수, 혈액, 제대혈(탯줄 혈액) 등에만 존재하며 성인이 될수록 성체줄기세포의 수가 줄어들고 추출도 힘들다.

그러나 최근 제대혈로부터 성체줄기세포를 쉽게 얻어 낼 수 있는 방법을 찾아내, 실제 임상에 적용하여, 척추손상 환자에 치료예에 대한 임상예를 보고한바 있다.

또한 제대혈을 포함하는 성체줄기세포가 최근들어, 배아 줄기세포 못지 않은 분화 능력과 치료효과가 입증되고 있다.

성체줄기세포는 혈액이나 골수에서 얻기 때문에 배아줄기세포와 달리 윤리적 논란은 피해갈수 있다는 점에서 종교계 및 시민단체 등의 지지를 받고 있다.◈ RNL바이오는 어떤 회사인가?생명과학자인 서울대수의학과 출신 라정찬씨(63년생)가 대표로 있는 알앤엘바이오는 알앤엘생명과학의 관계사이다.

RNL생명과학은 줄기세포 및 천연물 스크리닝 연구기술을 보유한 국내 바이오벤처의 대표 기업중의 하나이다.

얼마전에는 서울대수의대 교수팀과 경희대 한의대와 공동연구를 통해 한약재로 쓰이는 감초에서 유방암을 억제하고 여성 호르몬 생성을 촉진시키는 천연물질 추출을 성공하여 암관련 국제 학술지인 ‘캔서 레터즈’와 ‘농식물화학저널’에 논문을 게재하는 등 그 연구성과를 널리 인정 받고 있다.

알앤엘 바이오는 현재 세계최초로 지방(Fat)으로부터 줄기세포를 분리하여 고관절 골절, 당뇨, 뇌경색, 심근경색등 주요 난치병 치료를 위한 세포치료제를 개발하고 있으며 최근 서울대 수의대 연구소(연구책임자 강경선 교수)와 지방유래 중간엽 줄기세포를 이용한 고관절 골절 연구 용역 계약을 체결하고, 동물 대상 임상실험에 착수한 상태다.