DGIST 엄지원·고재원 교수 연구팀, 뇌 속 단백질 풀어 신경 되살린다

DGIST(총장 이건우)는 뇌과학과 엄지원·고재원 교수 연구팀이 헌팅턴 병 발병의 핵심 원인인 독성 단백질 응집체를 직접 풀어 없애는 미토콘드리아 단백질 ‘ClpB’의 기능을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다. 

이번 발견은 뇌 속에서 이미 쌓여버린 단백질 덩어리를 제거하고, 손상된 신경세포 기능까지 회복할 수 있음을 보여주어 퇴행성 뇌질환 치료에 새로운 방향을 제시한다.

헌팅턴병은 부모로부터 50% 확률로 유전되는 대표적인 퇴행성 뇌질환으로, 기억력 저하나 운동 장애가 서서히 나타나 일상생활을 크게 무너뜨린다. 많은 환자와 가족들은 “내 아이도 이 병을 겪게 될까”라는 두려움을 안고 살아가지만, 현재까지는 병의 진행을 막거나 이미 생긴 문제를 되돌리는 치료법이 없는 상황이다. 

이 때문에 지금까지의 연구는 대부분 단백질이 뭉치지 않도록 ‘예방’하는 역할에 집중해 왔다. 즉 단백질 응집을 늦추거나 막는 것에는 일부 효과가 있었지만, 한번 만들어진 거대한 응집체를 ‘직접 풀어내는’ 방법은 밝혀지지 않았다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해, 세포 속 ‘에너지 발전소’역할을 하는 구조인 미토콘드리아 내부에서 작동하는 ‘ClpB’ 단백질에 주목했다. ClpB는 열 스트레스 등 위험 상황에서 단백질이 엉키는 것을 풀어내는 기능이 보고된 바 있었지만, 뇌질환의 병적 환경에서 실제로 독성 단백질을 해체하고 신경 기능을 회복시키는지는 알려지지 않았다. 

연구팀은 헌팅턴병 세포모델과 생쥐모델을 이용해 ClpB의 발현을 세밀하게 조절하며 그 기능을 분석했다. 그 결과, ClpB가 부족한 경우 정상 헌팅틴 단백질조차 쉽게 뭉치며 세포 손상이 증가했으나, ClpB를 늘린 경우 돌연변이 헌팅틴 단백질의 독성 응집체가 직접 풀어져 감소하는 사실을 확인했다.

이번 성과는 헌팅턴병뿐 아니라 알츠하이머병, 파킨슨병, 루게릭병(ALS) 등 단백질 응집이 핵심 원인인 다양한 신경퇴행성 질환 치료에도 활용될 수 있다는 점에서 의미가 크다. 특히 ‘이미 생긴 단백질 응집체를 직접 해체한다’는 점은 기존의 예방 중심 전략을 넘어, 손상된 신경세포 기능을 실제로 회복시키는 새로운 치료 방향을 여는 핵심 발견이 될 것으로 기대된다.

엄지원 교수는 “이번 연구는 뇌 안에 이미 쌓여버린 독성 단백질 덩어리를 직접 풀어낼 수 있는 기전이 실제로 존재한다는 것을 확인한 매우 의미 있는 결과”라며, “단백질이 뭉치는 것을 막는 데서 더 나아가 이미 손상된 신경 기능을 회복시키는 새로운 치료 방향을 제시한 연구”라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구센터 소속 김현호 박사후연수연구원이 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 융합의학 분야의 저명 국제학술지 ‘Theranostics’에 게재됐다.  

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 글로벌리더연구사업, 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업 및 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.