미토콘드리아 손상 폐기물이 뉴런에 쌓이는 게 문제
인터페론 경로의 '뉴런 청소' 조절하는 단백질도 확인
덴마크 코펜하겐대 연구진, 저널 '분자 정신의학'에 논문

파킨슨병 환자의 뇌에 많은 녹말 양소체
파킨슨병은 중뇌 흑질의 도파민 분비 뉴런이 사멸해 생기는 신경 퇴행 질환이다.
파킨슨병 환자나 고령자의 뇌에선 변형된 녹말 양소체가 많이 발견된다.
정상 구조의 녹말 양소체는 뇌의 폐기물 용기로 쓰인다.
[스페인 바르셀로나대 제공/ 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 파킨슨병(약칭 PD)은 치매와 함께 대표적인 퇴행성 뇌 질환으로 꼽힌다.

중뇌 흑질에서 도파민을 분비하는 신경세포(뉴런)가 서서히 소실돼 느린 운동, 근육 떨림과 강직, 자세 불안정 등의 증상으로 이어지는 병이다.

세계적으로 파킨슨병 환자는 700만 명에서, 많게는 1천만 명에 이를 거로 추정된다.

고령자에게 주로 생기는 신경 퇴행 질환으론 치매 다음으로 흔한 게 파킨슨병이다.

지금까지 알지 못했던 파킨슨병의 유력한 발병 원인을 덴마크 과학자들이 밝혀냈다.

환자의 90% 내지 95%를 점유하는 '산발적 파킨슨병(sporadic PD)'이, 뉴런에 생긴 미토콘드리아 폐기물의 처리를 제어하는 신호 이상에서 비롯된다는 게 요지다.

이 경로가 막히면 미토콘드리아 손상 폐기물이 과도히 쌓여 뉴런이 사멸하고 파킨슨병으로 이어졌다.

코펜하겐대 '생명공학 연구 혁신 센터'의 스호러 이사자더-나비카스 교수 연구팀이 수행한 이 연구 결과는 8일(현지 시각) 저널 '분자 정신의학(Molecular Psychiatry)'에 논문으로 실렸다.

이 저널은 네이처 출판 그룹이 발행하는 '동료 검토' 과학 학술지로 생물학적 정신의학 분야의 연구 논문을 주로 다룬다.

미토콘드리아 구조
[연합뉴스 자료사진 / 재판매 및 DB 금지]

논문의 교신저자인 이사자더-나비카스 교수는 "배가 부르면 (뇌에서) 그만 먹으라는 신호가 오는 것처럼 우리 몸은 항상 적절한 신호로 제어돼야 한다"라고 말했다.

어떤 신체 부위에 감염이 생기면 확산을 막기 위해 싸우지만, 감염이 제거되면 여기에 관여한 신호도 사라져야 한다는 것이다.

그런데 파킨슨병 환자는 1형 인터페론 경로를 여닫는 PICS2라는 단백질의 신호 조절이 잘 안 되는 것으로 확인됐다.

정상 작동하는 1형 인터페론 경로는 바이러스 퇴치에 중요한 역할을 하지만, 이번 연구에서 뇌 신경세포의 에너지 공급에도 깊숙이 관여한다는 게 드러났다.

파킨슨병의 문제는 PIAS2 단백질이 필요하지 않을 때도 1형 인터페론 경로를 봉쇄하는 데 있었다.

감염 상황이 종료되면 이 경로의 봉쇄가 풀려 정상으로 돌아가야 하는데 파킨슨병 환자는 그렇지 않았다.

이 경로가 막혀 있으면 다량의 손상된 미토콘드리아가 제거되지 못한 채 뉴런 내에 쌓였다.

그러면 '세포 발전소'인 미토콘드리아의 에너지 공급에 문제가 생겨, 힘이 떨어진 뉴런이 서서히 사멸했다.

PIAS2 단백질이 1형 인터페론을 제어하는 신호 경로는 뇌 기능뿐 아니라 미생물과 바이러스의 식별에도 연관돼 있다.

여기엔 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)도 관련돼 있다.

이 경로에 관여하는 유전자의 돌연변이와 코로나19의 치명적 결과 사이에 연관성이 있다는 연구 보고도 나왔다.

파킨 단백질과 미토콘드리아
왼쪽은 세포 안에서 서로 떨어져 있는 파킨 단백질(녹색)과 미토콘드리아(적색)의 모습.
오른쪽은 60분이 지난 뒤 파킨 단백질이 미토콘드리아에 붙어 있는 상태.
파킨 단백질의 주 기능은 세포 스트레스로 손상된 미토콘드리아를 제거해 건강한 미토콘드리아가 보충되게 하는 것이다.
이렇게 미토콘드리아가 대체되는 과정을 '미토파지'(mitophagy)라고 하는데 가족형 파킨슨병 환자는 파킨 단백질에 돌연변이가 생겨 미토파지가 제대로 이뤄지지 않는다.
[미국 소크 연구소 제공 / 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 파킨슨병 환자의 뇌 뉴런을 연구한 4개의 데이터 세트(data set)를 분석해, 치매와 파킨슨병이 함께 생긴 환자에게서 어떤 유전자 패턴이 이상을 일으켰는지 확인했다.

이를 토대로 생쥐 실험을 해 보니, PIAS2 단백질이 다량 축적되면 1형 인터페론 경로가 막히는 것으로 나타났다.

이 경로가 닫혀 있으면 뉴런 내의 손상 단백질과 미토콘드리아 쓰레기를 제거하는 과정이 활성화되지 않았다.

또 미토콘드리아 손상 폐기물이 쌓이면 다른 독성 단백질도 늘어났다.

실제로 파킨슨병 환자는 같은 연령대의 일반인과 달리 뉴런의 PIAS2 발현 도가 매우 높았다.

이는 잠정적으로 가족형 파킨슨병(familial Parkinson's Disease)의 다른 유형에도 이 경로가 관여한다고 볼 수 있는 근거였다.

연구팀은 신경조직의 항상성과 생존에 이 경로가 어떤 영향을 미치는지 규명하는 걸 다음 목표로 정했다.

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