뇌의 DNA손상은 정상적인 뇌활동의 일부

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-03-27

글래드스톤 연구소(Gladstone Institutes)의 과학자들은 특정한 형태의 DNA 손상은 뇌세포에 유해한 것으로 생각되어 왔지만 실제로는 정상적인 유해하지 않은 과정의 일부라는 사실을 발견했다. 이 연구팀은 이러한 과정의 혼란은 알츠하이머 질환을 갖고 있는 실험쥐에서 일어난다는 것을 발견했으며 이러한 혼란을 줄이는 두 가지 치료용 전략을 발견했다. 과학자들은 사람들의 노화과정에서 모든 세포에 DNA 손상이 일어나는 것으로 생각했다. 하지만 특정한 형태의 DNA손상, 즉 이중나선파괴 (double-strand break, DSB)로 알려진 손상은 알츠하이머 질환과 같은 노화연관 질병의 이면에 존재하는 주요한 요인으로 생각되었다. 최근 글래드스톤 연구소의 수석 연구원인 레너트 머크(Lennart Mucke)는 학술지 ‘Nature Neuroscience’지에 발표한 논문에서 뇌의 신경세포에서 DSB는 긴밀하게 통제되고 회복되는 학습과 같은 정상적인 뇌기능의 일부분일 수 있다고 주장했다. 또한 대다수의 연구자들이 현재 알츠하이머 질환의 주요한 원인이라고 믿고 있는 뇌의 아밀로이드 베타 단백질의 축적은 DSBs와 뉴런의 숫자를 증가시키고 회복을 늦춘다. 이번 연구에는 참여하지 않았지만 설크 연구소 (Salk Institute)의 프레드 가이지 (Fred H. Gage)는 “이번 발견은 새로운 것이며 DSBs의 축적과 회복이 정상적인 학습과정의 일부일 것이라는 것은 놀라운 결과이다. 알츠하이머와 유사한 실험쥐에게서 회복되지 않은 DSBs가 높게 나타난다는 것은 이번 연구의 신뢰성을 높이고 있으며 치명적인 질병의 이면에 존재하는 메커니즘을 이해하는데 도움을 준다”고 말했다. 실험실 연구에서 두 개의 실험쥐 그룹은 친숙하지 않은 모습과 냄새 그리고 특질을 가진 것으로 채워진 환경에 놓였다. 한 그룹은 유전적 조작을 통해서 알츠하이머 질환이 나타나는 실험쥐 그룹이며, 다른 그룹은 건강하고 통제된 그룹이었다. 이 새로운 환경에서 실험쥐들의 뉴런은 처리되는 새로운 정보를 처리하면서 자극받게 된다. 두 시간이 지난 후에 이들 실험쥐들은 다시 친숙한 자신들의 환경으로 되돌아오게 된다. 그리고 연구자들은 DSBs의 마커를 찾기 위해서 뉴런을 조사했다. 통제그룹은 새로운 환경에서 돌아다닌 후에 DSBs가 증가했으며 다시 친숙한 상황으로 돌아온 후에 DSB 수준은 떨어지게 된다. 이번 연구의 주저자이면서 글래드스톤 연구소의 박사후 연구원인 엘사 소버빌 (Elsa Suberbielle)은 “우리는 처음에 건강한 실험쥐의 뇌에서 뉴런 DSBs를 발견하고 놀랐다. 하지만 뉴런의 자극과 DSBs 사이의 긴밀한 연관성과 이들 DSBs가 실험쥐들이 자신에게 익숙한 보금자리로 돌아간 후에 다시 회복된다는 사실을 발견함으로써 DSBs는 정상적인 뇌활동의 통합적 일부라고 연구자들은 주장하고 있다. 이러한 손상 및 회복의 패턴은 신경 DNA에서 단백질로 전환되는 빠른 변화를 일으킴으로써 동물이 학습하는데 도움이 될 수 있다고 생각한다. 이 DNA에서 단백질로의 전환은 기억을 형성하는데 연관된다”고 말했다. 알츠하이머 질환을 자극하도록 조작된 실험쥐 그룹은 처음부터 높은 수준의 DSBs를 보였다. 즉, 이러한 수준은 신경자극과정에서 좀 더 높아졌다. 또한 연구팀은 DNA 회복과정에서 상당한 지연이 일어나는 것을 발견했다. DSBs의 축적을 막기 위해서 연구팀은 최근 이루어진 두 가지 연구에 기반한 치료 접근법을 사용했다. 이러한 연구 중에 하나는 머크 박사의 연구팀이 수행한 것으로, 광범위하게 사용되고 있는 항-간질병 약물인 레베티라세탐 (levetiracetam)은 알츠하이머 질환을 앓고 있는 실험쥐와 알츠하이머 초기단계의 인간에서 신경상호소통과 기억을 증진시킬 수 있다. 미국 식약청의 허가를 받은 약물로 치료를 받은 실험쥐는 적응 DSBs를 갖고 있다는 점을 발견했다. 제 2단계 전략에서 연구자들은 알츠하이머와 연관되는 것으로 알려진 단백질인 타우(tau) 뇌단백질이 부족하도록 유전자 조작을 수행했다. 이전 연구에서 비정상적인 뇌 활동을 막는 것으로 알려진 이러한 조작방법은 또한 DSBs의 과도한 축적을 막았다. 이번 연구팀의 발견을 통해서 적절한 신경의사소통의 회복은 알츠하이머 질환의 영향을 피하는데 있어서 중요하다는 주장이 제기되었다. 이것은 아마도 DNA 손상과 회복 사이의 미묘한 균형을 유지함으로써 알츠하이머 질환을 피할 수 있을 것이다. 글래드스톤 연구소에서 신경연구를 관장하고 있으면서 캘리포니아 주립대학 샌프란시스코(UCSF)의 신경과학과 신경학 교수인 머크 박사는 “현재 알츠하이머 질환을 앓고 있는 미국의 500만 명의 환자들의 질병 발달과정 속도를 늦추고, 예방하고 막을 수 있는 치료법이 없다. 알츠하이머 질환의 원인을 알아내고 좀 더 나은 치료해결책을 찾을 필요는 매우 중요하며 긴급한 과제이다. 우리의 연구결과는 질병으로 인해 발생하는 손상에 대한 뉴런을 보호하는데 도울 수 있는 약물의 개발로 이어질 수 있다. 앞으로 우리는 치료전략을 개발할 것이다. 또한 학습과 기억에서 DSBs의 역할을 이해하기 위한 연구를 수행하고 알츠하이머 질환으로 인한 중요한 뇌기능의 혼란에 대한 좀 더 나은 이해를 위한 연구가 필요하다”고 말했다. 출처: ‘사이언스 데일리’ 2013년 3월 25일 원문참조: Elsa Suberbielle, Pascal E Sanchez, Alexxai V Kravitz, Xin Wang, Kaitlyn Ho, Kirsten Eilertson, Nino Devidze, Anatol C Kreitzer, Lennart Mucke. Physiologic brain activity causes DNA double-strand breaks in neurons, with exacerbation by amyloid-β. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3356 130324152259-large.jpg http://www.sciencedaily.com/releases/2013/03/130324152259.htm