뇌에는 침투한 병원체나 뇌세포에서 나오는 쓰레기를 처리하는 '청소부'가 있다. 바로 미세아교세포(microglia)다. 미세아교세포는 뇌 회로를 효율적으로 만드는 역할을 하지만 오작동할 경우 알츠하이머병 등 신경퇴행성질환을 유발하기도 한다.

▲ 미세아교세포의 모습. (출처: Wikipedia)

장영태 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 부연구단장 팀이 이 미세아교세포의 활동을 실시간 추적‧관찰하는 기술을 개발하며, 신경퇴행성질환 치료의 길이 열렸다. 국제학술지 독일응용화학회지(Angewandte Chemie International Edition) 4월 30일자 온라인 판에 실린 이번 연구에는 제현수 싱가포르 듀크엔유에스의대(DUKE-NUS) 교수, 싱가포르 국립바이오이미징컨소시엄(SIBC) 연구진 등이 함께 참여했다.

미세아교세포는 '시냅스 가지치기'를 통해 사용하지 않는 시냅스를 없애는데, 오작동으로 인해 정상적인 시냅스까지 과도하게 없애게 되면 신경퇴행성질환으로 이어진다. 뇌질환의 근본적인 원인을 규명하고, 궁극적인 치료제를 개발하기 위해서는 미세아교세포를 추적‧관찰하는 일이 필요한 이유다.

▲ 미세아교세포만 선택적으로 염색하는 형광물질 CDr20을 선별하는 과정. 연구진은 880여 개의 형광물질을 보유한 라이브러리를 탐색해, 미세아교세포만을 선택적으로 염색하는 화합물질을 선별했다.

국제공동연구진은 미세아교세포를 표지할 수 있는 형광물질을 찾아냈다. 우선 연구진은 다른 세포들은 염색하지 않으면서 미세아교세포만을 선택적으로 염색하는 형광물질 후보를 선정했다. 그중 가장 세포 선택성이 높은 물질을 'CDr20(Compound Designation red 20)'이라 명명했다. 이후 알츠하이머병 모델 생쥐의 꼬리 정맥을 통해 CDr20을 주사했다. 형광 현미경으로 관찰한 결과, CDr20이 미세아교세포만 정확하게 염색함을 확인했다.

이어 연구진은 CDr20이 미세아교세포만을 특이적으로 염색할 수 있는 원리를 파악하기 위한 실험도 진행했다. 실험 결과 본래 형광이 매우 약한 CDr20은 Ugt1a7C 효소와 만나면 분자구조에 변화가 생기고, 형광성이 큰 형태로 변화해 강한 붉은색 형광 빛을 내는 것으로 밝혀졌다. CDr20을 작동시키는 물질이 Ugt1a7C 효소라는 의미다.

▲ 연구진은 알츠하이머병에 걸린 생쥐의 꼬리를 통해 CDr20을 주사한 뒤, 염색 성능을 확인했다. 그림 (다)에서처럼 CDr20이 생쥐의 뇌 속 미세아교세포를 정확히 붉은색으로 염색했음을 확인할 수 있다.

장영태 부연구단장은 "살아있는 개체의 뇌 속 미세아교세포를 형질전환동물을 사용하지 않고도 간단하게 표지할 수 있는 최초의 형광물질을 개발한 것"이라며 "미세아교세포는 알츠하이머병, 파킨슨병 등 난치성 질환인 신경퇴행성뇌질환의 발병과 진행에 관여하기 때문에 개발된 형광물질이 향후 뇌질환의 궁극적인 원인 규명, 치료기법 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

IBS 커뮤니케이션팀
권예슬