간질 등 뇌기능 이상 유발 메커니즘 세계최초 규명

김경진 박사팀, 방사광가속기를 이용한 단백질 구조분석

국내 연구진에 의해 간질 등 뇌기능 이상 질환 유발 메커니즘이 규명돼 관심을 모은다.

교육과학기술부는 포항가속기연구소의 김경진 박사팀이 미생물유전체활용기술개발사업단의 지원으로 인간 뇌세포에 존재하는 SSADH(숙신산 알데하이드 탈수소 효소) 단백질의 입체구조를 규명함으로써 간질 등 뇌질환 유발 메커니즘을 세계 최초로 규명하는데 성공했다고 밝혔다.

간질은 뇌의 신경세포가 발작적·병적으로 심한 경련을 일으켜 일시적으로 의식을 잃게 되는 병으로, 인간 중추신경계에서 가장 중요한 억제성신경전달물질인 가바(GABA)의 비정상적인 농도 증가가 주요 발병 요인으로 알려져 왔다.

일반적으로 가바(GABA)는 중간 산물인 SSA를 거쳐 숙신산으로 분해되며 이 때 SSADH 단백질은 SSA와 결합, SSA의 분해 작용을 돕는 역할을 수행한다.

현재까지 SSADH단백질의 기능저하가 가바(GABA)의 농도를 비정상적으로 증가시키고 이에 따라 간질 증상이 발생하는 것으로 알려져 왔지만 SSADH단백질 기능 저하의 구체적인 원인과 작용 메커니즘에 대해서는 규명된 바가 없다.

나폴레옹과 에디슨이 간질 환자였다는 사실은 그다지 널리 알려져 있지 않지만, 간질은 국민 200명 중 1명꼴로 발병하며 그 중 50% 정도는 10세 이하의 어린이에게 나타나는 매우 심각한 뇌질환이다.
연구팀은 포항방사광가속기의 단백질 결정학 빔라인(6C1)을 이용해 SSADH 단백질의 고해상도 입체구조 분석에 성공, 분자수준에서 간질유발 메커니즘을 세계 최초로 규명한 것.

SSADH 단백질은 활성산소에 의해 산화상태가 되면 구조적으로 닫힌 상태가 된다.
산화된 SSADH 단백질은 SSA와 결합할 수 없게 되며 결과적으로 뇌세포 내에서 가바 농도의 비정상적인 증가를 야기하고 뇌의 과흥분 상태로 발생되는 간질 증상을 일으킨다.

이러한 SSADH 단백질의 구조적 변형 과정은 포항방사광가속기의 엑스선을 이용한 단백질구조분석을 통해 실증적으로 규명됐다.

GABA의 농도 증가는 간질 뿐만 아니라 언어장애, 정신지체 등 다양한 뇌기능 이상으로 인한 질병의 중요한 원인으로도 알려져 있어 이번 연구 결과로 뇌질환 치료를 위한 신약 개발 분야의 원천기반기술의 확보가 가능하게 됐다.

이 분야 연구의 세계적 전문가인 미국 피츠버그대학교 의과대학 마이클 깁슨 교수는 “이번 연구는 활성산소가 간질발병의 원인이 될 수 있다는 정보를 제공해 주고 있으며 그 작용기작을 분자 수준에서 증명했다. 이는 수십 년 동안의 의문점을 풀어준 중요한 연구 성과”라고 말했다.

김경진 박사팀의 이번 연구 성과는 세계적인 생명과학전문지인 엠보저널(EMBO Journal) 온라인판(3월 19일)에 게재된다.

<용어>
△방사광가속기
=선형가속기에서 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 저장링에 입사시킨 다음, 이극자석과 삽입장치 등을 이용해 적외선에서 X-선에 이르는 다양한 빛을 발생시키는 첨단거대과학시설.

△간질
=유전적 요인이나 뇌종양 및 뇌의 외상으로 인한 신경전달물질의 비정상적 농도증가에 의해 발병되며, 경련과 발작의 증상이 되풀이 되어 나타나는 질병.

△SSADH(Succinic semialdehyde dehydrogenase)
=뇌세포에서 가바의 분해과정에 관여함으로써 가바의 농도조절에 가장 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 단백질.

△가바(GABA : gamma-aminobutyric acid)
=인간 중추신경계에서 가장 중요한 억제성신경전달물질.

△활성산소
=신진대사과정에서 부수적으로 발생되는 반응성이 높은 산소의 일종으로 노화와 각종 질환의 원인으로 알려져 있는 물질.

△SSA(succinic semialdehyde)
=가바의 분해과정에서 생산되는 중간산물로 SSADH 단백질에 의해 숙신산으로 변환됨.