엑소좀, 알츠하이머 진단·치료에서 중요성 커져
엑소좀, 알츠하이머 진단·치료에서 중요성 커져
  • 나지영 기자
  • 승인 2020.08.24 17:20
  • 댓글 0
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엑소좀, 알츠하이머 진단하는 바이오마커로도 사용
APP와 CTF 엑소좀 통해 세포에 전달/알츠하이머 발병과 진행에 영향
타우 단백질, 뇌세포에서 분비되는 엑소좀에 의해 증가

[바이오타임즈] 각각의 세포들이 인체에서 서로 정보(신호)를 주고받는데, 이를 운반하는 물질이 바로 ‘엑소좀(Exosome)’이다. 엑소좀은 다양한 생리 현상과 관련이 있다. 대표적으로 우리가 잘 아는 DNA나 단백질 등을 운반하는데, 결과적으로 세포의 생물학적 변화를 일으키는 역할을 한다. 최근에는 엑소좀이 질병에도 영향을 미친다는 연구 결과가 나오는 추세이며, 알츠하이머 질환을 진단하는 바이오마커로도 사용되고 있다.

프로스테믹스의 줄기세포 엑소좀 유래 miRNA 기반의 4세대 항암 물질 (출처: 프로스테믹스)
줄기세포 엑소좀 유래 miRNA 기반의 4세대 항암 물질 (출처: 프로스테믹스)

엑소좀, 알츠하이머 진행에 영향 미쳐

알츠하이머 환자들은 대부분 뇌에 노인성 플라크가 쌓이면서 병이 진행된다. 아밀로이드 베타(Amyloid Beta) 펩티트는 노인성 플라크를 구성하는 주요 물질인데, 아밀로이드 전구체 단백질이 전달되면 전구체 단백질의 C말단 조각(C-terminal fragments, 이하 CTF)이 방출되고 CTF가 모여 생성된다. 또한 세포와 세포 사이에 APP를 전달하는데, 이 APP가 세포 내 영역을 생성하게 된다. 이 사실이 알려지면서 엑소좀이 알츠하이머 발병에 주요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다.

또 다른 연구에서는 엑소좀이 아밀로이드 전구체 단백질뿐만 아니라 APP와 CTF까지 포함하고 있다는 사실을 밝혀냈다. 엑소좀에 포함된 효소들이 APP를 전달해 CTF를 만드는 것이다. 이 연구 결과로 신경세포 독성을 가진 단백질 APP와 CTF가 엑소좀을 통해 세포에 전달되며, 이 과정이 알츠하이머 진행에 영향을 미친다는 것이 증명되었다.

 

알츠하이머 발병률에 영향 주는 타우 단백질 운반에도 관여

엑소좀은 타우(Tau)의 운반에도 직접적으로 관여한다. 타우는 높은 수준으로 인산화된 단백질로 신경섬유농충액(Neurofibrillary Tangles)의 중요한 구성요소이다. 최근 타우 단백질은 알츠하이머의 단백질 마커로 사용되고 있는데, 미세 관류 연관 단백질의 한 종류로서 Microtubule-Associated Protein Tau(MAPT) 유전자에 의해서 암호화된다.

알츠하이머 발병률과 세포 내 타우 단백질의 상관관계는 이미 많이 밝혀진 상태다. 특히, 타우 단백질이 알츠하이머 환자에게서 더 많이 생성되는 것으로 알려졌다. 최근 동물 모델을 활용한 퇴행성 뇌 질환 연구에서 세포 내 타우 단백질이 증가했는데, 이에 따라 신경세포의 세포 독성이 심해지고 단백질 양이 감소하면 세포가 보호된다는 연구도 보고되었다. 섬유아세포 성장 인자(Fibroblast Growth Factor)를 비롯한 haplotype H1, Dyrk1A, miRNA 등 다양한 인자들은 타우 단백질 합성에 직접 관여하며, 특히 섬유아세포 성장 인자와 haplotype H1은 타우 단백질의 합성을 증가시키며, 반대로 miRNA-34 종은 타우의 분해와 연관이 있다.

즉, 타우 단백질이 질병의 발생에 직접 관여한다는 사실이 드러난 것이다. 세포 내 타우 단백질이 과다하면 이를 운반하는 역할을 엑소좀이 수행할 수 있다. 엑소좀은 세포 밖으로 타우 단백질을 분비시킬 수 있는데, 그 결과로 타우 단백질이 야기하는 세포 독성이 감소한다.

출처: 게티이미지뱅크
출처: 게티이미지뱅크

타우 단백질과 관련한 엑소좀이 알츠하이머 치료에 미치는 영향은 다음과 같다.

출처: 생물학연구정보센터
출처: 생물학연구정보센터

한 연구 논문에서는 알츠하이머 환자의 뇌척수액에서 발견되는 타우 단백질이 뇌세포에서 분비되는 엑소좀에 의해 증가한다는 사실을 밝혀냈다. 엑소좀에 의해 피질 신경세포에서 방출되는 타우는 신경세포의 활동 등 다양한 생물학적 과정을 조절하는 데 관여한다. 이 과정은 칼슘, 인산화 등과 관련되어 있으며, 세포 내 타우 단백질보다 세포 외 타우 단백질이 상대적으로 탈인산화가 되어있다고 볼 수 있다.

세포 외 타우 단백질이 세포의 독성과 사멸과는 무관하다는 연구가 여럿 있지만, 생리학적 과정인 타우 단백질 생성이 알츠하이머 및 기타 타우병증의 원인이 된다고 단정 짓기에는 이르다. 하지만 엑소좀을 활용한 알츠하이머 치료의 가능성은 충분히 열려 있다. 알츠하이머가 뚜렷한 치료법이 없는 만큼 발병과 치료에 다양한 영향을 주는 엑소좀에 주목할 필요가 있다.

[바이오타임즈=나지영 전문기자] jyna19@biotimes.co.kr


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