뇌 속 단백질이 상호작용하며 독성 변화…국내 연구진, 알츠하이머병 독성 완화 밝혀냈다

작성일 08-24

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 알츠하이머 핵심인 타우, 아밀로이드 베타와 직접 소통 카이스트-KBSI-KIST 공동연구로 분자수준 최초 규명 
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 <img alt="타우 미세소관 결합 영역과 상호작용에 의한 아밀로이드 베타의 병리학적 특성 변화를 나타낸 그림. 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/24/munhwa/20250824172900189mtep.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="pyB1xre7CW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/24/munhwa/20250824172900189mtep.jpg" width="658">
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 타우 미세소관 결합 영역과 상호작용에 의한 아밀로이드 베타의 병리학적 특성 변화를 나타낸 그림. 카이스트 제공
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 알츠하이머병의 핵심 병리 단백질들이 서로 소통하며 독성을 조절한다는 사실이 국내 연구진들에 의해 밝혀졌다. 타우와 아밀로이드 베타의 소통을 분자 수준에서 규명한 것은 세계 최초다.
 24일 카이스트는 임미희 화학과 교수 연구팀이 한국기초과학지원연구원(KBSI), 한국과학기술연구원(KIST)과 공동 연구를 통해 알츠하이머병의 주요 병리 단백질 중 하나인 타우의 미세소관 결합영역이 아밀로이드 베타와 직접적인 상호작용을 통해 응집경로를 변화시키고 세포독성을 완화시키는 현상을 분자 수준에서 규명했다고 밝혔다.
 타우와 아밀로이드 베타는 알츠하이머병의 대표적인 병리적 특징이다. 신경세포 안에서 영양분과 신호 물질의 수송로 역할인 타우는 세포 내에서 뭉쳐져 신경섬유 다발을 형성한다. 아밀로이드 베타는 세포 간 신호전달이나 신경세포 회복 등에 관여하는데, 비정상적으로 뭉칠 경우 아밀로이드 베타 플라크 등의 형태로 세포 내·외부에 축적된다.
 이들 단백질은 서로 다른 부위에서 병리구조물을 형성하지만 세포 내·외부에서 동시에 존재할 수 있으며 상호작용할 수 있다는 가능성이 제시돼 왔다. 그러나 두 단백질의 직접적인 상호작용이 질환의 발병과 진행에 미치는 영향에 대해선 명확히 밝혀지지 않았다.
 이번에 공동 연구팀은 타우 단백질이 신경세포 안에서 미세소관(세포 내 수송로)에 붙는 구조(K18, R1-R4, PHF6*, PHF6) 중 K18, R2, R3이 아밀로이드 베타와 결합해 ‘타우–아밀로이드 베타 복합체(이종 복합체)’를 형성한다는 사실을 확인했다. 그 결과 원래대로라면 단단하고 독성이 강한 섬유 형태로 쌓였을 아밀로이드 베타가 타우의 특정 부분과 붙어, 독성이 낮고 덜 단단한 형태의 응집체를 형성할 수 있음을 밝혀냈다.
 특히 이들 타우 단백질의 반복 구조는 뇌세포 내·외 환경 모두에서 아밀로이드 베타가 일으키는 독성 수준이 뚜렷하게 감소시킨다는 사실도 규명했다. 질환 발병과 연결되는 초기 아밀로이드 응집 과정을 지연시키고, 질환 진행에 관계되는 아밀로이드 베타의 응집 속도와 구조적 형태를 동시에 변화시키기 때문이다.
 또 타우 단백질의 특정 부분은 물과 잘 섞이는 성질(친수성)과 물과 잘 안 섞이는 성질(소수성)을 동시에 갖고, 이 두 성질의 균형이 잘 맞을 때 아밀로이드 베타와 더 잘 결합한다는 것도 확인했다. 타우의 성질이 아밀로이드 베타와의 결합력·응집경로·독성조절 능력을 결정짓는 핵심요소라는 것이다.
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 <img alt="연구에 참여한 카이스트 화학과 임미희 교수(왼쪽)와 김민근 박사(가운데), KBSI 이영호 박사(오른쪽). 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/24/munhwa/20250824172901486olab.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="UMB4D5meCy" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/24/munhwa/20250824172901486olab.jpg" width="658">
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 연구에 참여한 카이스트 화학과 임미희 교수(왼쪽)와 김민근 박사(가운데), KBSI 이영호 박사(오른쪽). 카이스트 제공
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 공동연구에 참여한 KBSI 첨단바이오의약연구부 이영호 박사는 “이번 연구는 난치성 신경퇴행성질환인 치매의 발병 및 진행에 관한 새로운 분자 메커니즘을 규명한 것”이라며 “분자 간 상호작용과 단백질 응집을 중심으로 한 다학제적 융합연구는 알츠하이머병과 파킨슨병 사이의 질환 간 상호작용은 물론 치매, 당뇨병, 암 등 여러 질환 사이의 상호 연관성을 밝히는 데 중추적 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.
 임 교수는 “타우 단백질이 단순히 병리 생성에 기여하는 것이 아니라 특정 미세소관 결합 반복구조를 통해 아밀로이드 베타의 응집과 독성을 적극적으로 완화할 수 있는 분자적 기능을 수행한다는 점에서 기존의 이해에 새로운 전환점을 제시했다”며 “알츠하이머병 뿐만 아니라 다양한 단백질 응집 기반 신경퇴행성 뇌질환의 치료 표적에 활용될 것으로 본다”고 말했다.
 치매 조기 진단을 위한 바이오마커 발굴 및 치료제 개발에 중요한 단서를 제공했다는 평가를 받은 이번 연구는 국제 저명 학술지 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’에 지난 22일 게재됐다.
 구혁 기자
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