국내 연구진이 마이크로파를 이용, 치매 등 퇴행성 신경계 질환의 원인이 되는 단백질 섬유의 형성과 분자 구조를 제어하는 데 성공했다.
성균관대 엄길호 교수, 권태윤 연구교수, 울산과학기술원 이창영 교수 공동연구팀은 알츠하이머, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌신경계 질환의 원인으로 알려진 아밀로이드 섬유의 형성과 분자구조를 제어하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.
미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 기초연구사업으로 수행된 이 연구 결과는 공학 분야의 권위 있는 학술지인 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports) 온라인판에 실렸다.
아밀로이드는 단백질이나 펩타이드 사슬이 비정상적으로 뭉쳐 생긴 섬유로 알츠하이머병, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌신경계 질환의 원인으로 알려졌다. 특히 아밀로이드 섬유 분자구조의 다양성은 세포 독성 등의 생물학적 기능에 중요한 역할을 하고 있지만 아직 그 구조와 형성 메커니즘은 완전하게 규명되지 않았다.
최근 활발히 진행되는 생체친화 생체소재(생체 내에서 면역 반응을 일으키지 않으면서 생체 분자의 특성을 모사한 소재) 개발에도 단백질 섬유의 분자구조 제어 기술이 필수적이나 이런 이유로 개발에 어려움을 겪고 있다.
연구팀은 주파수가 높은 전자파인 마이크로파를 펄스형태로 만들어 아밀로이드 섬유에 쪼이면 펄스의 조건에 따라 아밀로이드 단백질 섬유의 길이와 나선형 구조가 달라지는 것을 확인했다. 그 원인이 아밀로이드 섬유의 정전기적 특성에 있다는 것 또한 밝혀냈다.
마이크로 펄스가 전달한 열에너지가 아밀로이드 섬유 표면 전하(물질이 가진 전기의 양)의 특성을 변화시켜 다양한 모양으로 자라게 한다는 것이다. 특히 열에너지는 아밀로이드 섬유의 두께 변화와 크게 연관이 있었다.
이 연구 결과는 아밀로이드 섬유의 분자구조의 다양성이 열에너지 상태에 의해 결정된다는 것을 보여준다. 이는 퇴행성 뇌신경계 질환 및 당뇨병 등의 발병 원인이 되는 아밀로이드 섬유의 형성 메커니즘을 간접적으로 제시한 것으로 볼 수 있다.
또 생체소재 섬유의 분자구조 제어에 대한 새로운 패러다임을 제시해 단백질 기반 생체친화 생체소재 개발에 매우 중요한 설계 기법으로도 활용될 수 있다.
엄길호 교수는 "이번 연구는 질병 발병의 원인이 되는 아밀로이드 섬유의 분자구조 다양성 형성 메커니즘을 이해하는데 매우 중요하다"고 의의를 설명하고 "앞으로 연구를 통해 아밀로이드 섬유의 형성을 지연시키는 메커니즘을 제시하면 질병 치료에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
공동연구를 진행한 권태윤 박사는 "이 연구에서 개발된 마이크로파 기반 합성 기술을 이용하면 획기적으로 짧은 시간 안에 다양한 합성 조건에 따라 단백질 섬유의 분자구조를 제어할 수 있어 향후 단백질 기반 생체 섬유 소재 개발에 매우 중요한 설계 기법으로 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
