순수 도파민 세포만 이식…파킨슨병 치료 효과 높인다

연세의대 김동욱·차의과대 황동연 교수팀

도파민 신경세포 순수분리 유전자 개발

"파킨슨병 세포치료제 안전성·유효성 높여"

[서울=뉴시스]왼쪽부터 연세대 의대 생리학교실 김동욱 교수와 차의과대 황동연 교수. (사진= 연세대의료원 제공) 2021.07.26

[서울=뉴시스] 백영미 기자 = 줄기세포에서 분화된 도파민 신경세포 만을 분리한 후 뇌에 이식해 안전성과 유효성이 극대화된 파킨슨병 세포치료제를 개발할 수 있는 길이 열렸다.

연세대 의대 생리학교실 김동욱 교수, 유정은 박사(제1저자)와 차의과대 황동연 교수 공동연구팀은 줄기세포로부터 도파민 신경세포 분화 후 도파민 세포만을 순수 분리할 수 있는 '세포표면마커' 유전자를 개발했다고 26일 밝혔다.

연구팀은 배아줄기세포에서 도파민 세포를 분화시킬 때 도파민 신경전구세포에서 LMX1A 유전자가 특징적으로 잘 발현하는 것을 이용했다. 연구팀은 유전자 가위 기술을 이용해 LMX1A 유전자에 형광단백질 유전자인 eGFP를 붙인 후 LMX1A 유전자 발현 시 녹색의 형광단백질을 발현시켜 ‘인간 배아줄기세포 리포터 세포주’를 만들었다.

이어 이 리포터 배아줄기세포주를 도파민 세포로 분화시켰다. 이 과정에서 형광단백질을 발현하는 세포(eGFP+ 세포)와 발현하지 않는 세포(eGFP- 세포)로 분리했다. 형광단백질을 발현하는 세포가 도파민 신경전구세포다.

이렇게 분리된 두 세포 그룹을 비교 분석해 eGFP+ 세포에서 2배 이상 더 많이 발현되는 유전자 369개를 찾았다. 이 중 세포표면마커 유전자 53개를 확인했다. 이후 여러 검증 과정을 거쳐 중뇌 도파민 신경전구세포 특이적 세포표면마커 유전자인 ‘TPBG’를 최종 발견했다.

이후 연구팀은 TPBG의 효능을 검증했다. TPBG를 이용해 순수분리한 세포(TPBG+ 세포)를 파킨슨병 동물모델의 뇌에 이식했다. 16주 후 해당 동물의 뇌조직을 분석해 세포를 이식한 이식부위 내에 중뇌 도파민 신경세포(TH+ 세포)의 밀집도를 분석했다.

도파민 신경세포 수가 TPBG를 이용해 순수분리해 이식할 경우 순수분리 전 세포 이식보다 약 2.5배 증가하는 것을 확인했다. 또 ‘암페타민 유도 회전운동 실험’을 진행한 결과, 대조군에 비해 분당 회전수가 감소해 파킨슨 증상이 개선된 것을 확인했다.

기존에 부작용이었던 세포 과다 증식 등의 문제도 감소한 것을 확인했다. TPBG를 이용해 순수분리한 세포(TPBG+ 세포)를 이식한 이식부위에서는 분리 전 세포 이식과 비교해 과다 세포 증식이나 종양의 원인이 되는 세포(Ki67+ 세포)가 약 31.9% 줄고, 증식 세포의 감소로 이식부위의 부피도 약 35% 감소한 것이 확인됐다.

파킨슨병은 중뇌에서 ‘도파민’이라는 신경전달물질을 분비하는 신경세포가 소실돼 나타나는 질환이다. 최근에는 근본적인 치료방법으로 줄기세포로부터 도파민 세포를 만들어 뇌 속에 넣어주는 세포대체치료에 대한 연구가 진행되고 있다.

의학계에서는 인간 배아줄기세포나 역분화 줄기세포로부터 분화과정을 거쳐 ‘중뇌 도파민 신경세포’를 만드는 연구를 진행해 왔다. 문제는 아무리 분화과정을 잘 거쳐도 100% 순수한 도파민 세포가 아닌, 다른 세포들도 섞여 있다는 것이다. 이 다른 세포들은 우리 몸에 이식할 경우 이상 운동 증세, 세포 과다 증식 등의 부작용을 발생시킬 가능성이 있다고 알려져 있다. 의학계가 순수한 도파민 세포만을 분리할 수 있는 도파민 세포 표면마커 유전자를 계속해서 찾아온 이유다.

김 교수는 “이번 연구 결과는 TPBG를 이용한 순수분리에 의해 중뇌 도파민 세포 분화과정 중 혼재할 가능성이 있는 다른 계열 세포를 제거할 수 있다는 것을 의미한다”며 “순수 분리한 도파민 세포를 이용한 파킨슨병 세포치료 시 유효성 증대는 물론이고, 부작용을 제어하고 안전성을 높일 수 있음을 시사한다”고 말했다.

또 “인간 배아줄기세포나 역분화줄기세포로부터 중뇌 도파민 세포의 대량 생산이 가능하다는 방법도 제시했다"면서 "이 방법을 활용하면 파킨슨병 세포치료제의 대량 생산과 산업화가 용이할 것으로 기대된다"고 덧붙였다.      

이번 연구결과는 네이처 파트너 저널인 ‘엔피제이 파킨슨스 디시즈(npj Parkinson’s Disease)’ 온라인판에 최근 실렸다.


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