주간뇌연구동향 2016-04-22 한국뇌연구원 뇌연구정책센터
1. 파킨슨병연관 α- 시누클레인 (SNCA) 발현조절요소에서의위험변이규명 NATURE Published online 20 April 2016 전장유전체연관분석 (Genome-wide association studies, GWAS) 은복잡한질환과관련된여러유전자변이를밝히는데이용되지만, 특정한위험인자변이가어떻게병인에기여하는지에대한이해부족으로기전에대한통찰력까지제공하지못함. 유전자발현에서비암호화위험변이의 cis-작동효과가복잡형질 (complex trait) 과질환감수성에대한표현형변이의주요인자임이제시됨. 최근유전체규모후성유전학연구들은질환관련세포유형에서전장유전체연관분석을통해조절 DNA 요소 (regulatory DNA element) 에서다양한유전자변이를규명함. 전사인자결합에서 SNP( 단일염기다형성 ) 특이적변화는염색질상태에서유전적변이와관련이있으며, 유전자발현에서시퀀스의존적제어의주요매개체로간주됨 미국 MIT Rudolf Jaenisch 박사연구팀은유전자발현조절요소의유전적위험변이에미치는 cis-작용효과를연구하기위해인간다능성줄기세포에서 CRISPR/CAS9 이용게놈편집기술과게놈전체후성유전적정보를결합하는새로운전략을설명함. 연구팀은유전적으로정확하게제어되는실험시스템을제작하여, 파킨슨병유발유전자 α-시누클레인 (SNCA) 발현을조절하는비암호화말단인헨서요소에서공통적으로나타나는파킨슨병연관위험변이를규명함. 이러한연구결과는 SNCA의전사규제불능이뇌특이적전사인자인 EMX2와 NKX6-1의시퀀스의존결합과연관되어있음을제시하고, 이연구는질환관련표현형과유전적변이를기능적으로연결하는실험패러다임을설정함
1. 파킨슨병연관 α- 시누클레인 (SNCA) 발현조절요소에서의위험변이규명 ( 계속 ) Strategy to analyse cis-regulatory effects of genetic variants on allele-specific expression of SNCA. a, Schematic illustration of the experimental strategy to study the function of Parkinson s disease associated regulatory elements in human pluripotentstem-cellderived neurons by CRISPR/Cas9-mediated heterozygous deletion (Δ E) or exchange/insertion (ExE) of riskassociated enhancer sequences. PD, Parkinson s disease. b, Expected effect on relative allele-specific gene expression in human pluripotent-stemcellderived neurons resulting from enhancer modifications described in a. Proposed model describing the correlation between SNP-dependent TF binding, SNCA expression and Parkinson s disease risk. Carriers of the A allele at rs356168 (Parkinson s disease protective allele) show efficient binding of the brain-specific TFs EMX2 and NKX6-1 at the distal intron-4 enhancer, which results in a suppressed distal enhancer and consequently lower expression of SNCA associated with a reduced risk to develop Parkinson s disease. In contrast, carriers of the G allele at rs356168 (Parkinson s disease risk allele) show reduced TF binding, which results in an active distal enhancer leading to increased expression of SNCA and increased risk of developing Parkinson s disease
2. 글로벌뇌연구프로젝트추진출처 : 한국뇌연구원뇌연구정책센터 자료출처 : SCIENCE 15 APRIL 2016 글로벌데이터허브의필요성등거대과학아이디어토론 유럽연합의인간두뇌프로젝트 (Human Brain Project) 및미국의브레인이니셔티브 (BRAIN Initiative) 추진등전세계신경과학분야는거대과학이되어가고있음 최근전세계거대다중기관참여신경과학프로젝트의연구책임자들이존스홉킨스대학에모여신경과학분야연구자들의노력성과와천문학및물리학에서의대규모연구투자에따른결실들을연계할수있는 글로벌신경과학협력방안 을논의함 카블리재단과국립과학재단이후원하는이번회의에서 12개국 60여명의신경과학자들은우울증, 알츠하이머, 뇌졸중등단일질환을치료하기위한글로벌노력촉구, 인간또는비인간영장류의뇌연결성을보여주는더자세한정밀뇌지도작성, 설치류뇌가음식을구하기위한제어방법과같은포유류에서의복잡한행동을한가지선정하여연구하기위한전세계연구자연합을만들자는주장등글로벌신경과학프로젝트추진에대해다양한의견을교류함
2. 글로벌뇌연구프로젝트추진 ( 계속 ) 임상및기초연구사이의오랜긴장관계에대해서도토론에등장함. 듀크대신경공학자 Miguel Nicolelis 교수는 " 우리는사람들즉, 우울증을앓는친척, 마비가된친척에대해생각해야한다 " 고말하며, 질병중심의접근방식이필요하다고주장함. 그러나기초연구확대를주장해온미국국립신경질환뇌졸중연구소 (NINIS) 전원장 Story Landis 는집중연구하기위해단일질환을선택하는것은다른질환을가진사람들의권리를빼앗을수있음을경고하며, " 진짜연구의진보는더나은신경회로에대한이해, 즉어떻게신경회로가생성이되는지와어떻게변화되는지에달려있을것이라고말함 중국과학아카데미의신경과학연구소 Mu-Ming Poo 소장은뇌의배선 (brain wiring) 을연구하기위해모든노력을기울일것을제안함. 중국은자폐증과같은뇌질환연구를위한유전적돌연변이보유동물을제작하기위해대규모붉은털원숭이를공급하고, 연구자들의연구력이향상되었음을언급하면서, 세포유형, 유전자발현및신경활동패턴등에대한정보가포함된비인간영장류에서의뇌연결성을연구하기위한최초의뇌지도작성을위해 10년 ~20년기간의글로벌노력을제안함. (Poo 소장은또한중국에서현재보류중인국가뇌연구프로젝트에대해서도언급하며, 고위인지, 인공지능및중국헬스케어시스템에의해수집된대규모인지관련데이터셋기반뇌질환조기진단연구도포함할것임을제시함 ) 신경과학회의에서일부참가자들은대뇌피질네트워크시뮬레이션등복잡한행동들을설명하기위한프로젝트추진에대해주장함 참석자들은글로벌뇌연구프로젝트에대한몇가지원칙들 ( 신경과학데이터의검색 (vetting), 공유 (sharing) 및저장 (storing) 을위한필요성등 ) 에대해동의 함
2. 글로벌뇌연구프로젝트추진 ( 계속 ) 영국유니버시티칼리지런던의 Michael Hausser 교수는대학원생및박사후연구원세대에의해수집된초기데이터들은손실되는상황이며, 이는연구책임자들이데이터를보관하고, 공유하기위한좋은시스템을구축하지않았기때문이라고주장함. 이러한문제를해결하기위해신경과학자들은은하및기타하늘의수천수백의물체들을포함하는망원경이미지의디지털저장소인 Sloan Digital Sky Survey 에부분적으로영감을얻어, 뇌연구분야에서도연구자와일반대중모두가컴퓨터에접근할수있는방대한양의신경과학데이터를가진포탈을제공하기위한 International Brain Station 이라고하는잠정적온라인리소스를만들것을제안함 이번회의주최자인존스홉킨스대신경과학자 Joshua Vogelstein는또다른주요원칙을강조하고, 그것은모든국가의참여를독려하는것이라함. 인도타타기초연구소의신경과학자 Sandhya Koushika는인도에서 450여개실험실책임자들이신경과학관련기초연구를추진하고있으며, 이러한연구자들은 " 국제적인역할을추구하고, 수행해야하는의무 " 가있다고말함. 또한, 글로벌뇌연구프로젝트는모든국가의신경과학자들이데이터분석이나기술지원을위한 ' 생색내기 (patronizing) 이상의지식기여를할수있어야함을말하고, 불균형적으로서방국가만을괴롭힌다편협한시각을두는것은피해야한다고덧붙임. 미국은알츠하이머와같은나이에따른질환극복에집중하는반면인도의젊은연구자들은신경발달과학습분야에더큰필요성을두는것이라고함 이번회의의신경과학자그룹은세가지의기초연구분야질문들 1) 개인별두뇌의차이를만들어내는원인은무엇인가? 2) 뇌속의많은구성요소들이어떻게학습이일어나게하고, 작업을수행하도록하는가? 3) 뇌기능을보호하고회복하기위한뇌가소성의이점을활용하는방법? 에대해합의함
2. 글로벌뇌연구프로젝트추진 ( 계속 ) 이번회의의공동주최자이자 BRAIN initiative를조직한컬럼비아대 Rafael Yuste 교수는신경과학자들이상기제안을더욱구체화하기위해올해 9월에다시만날예정임을말하고, 향후, 신경과학자들은글로벌연구책임자들의지원과자금을확보하기위해같은달뉴욕에서다시만나유엔총회에최종제안서를제출하는것을목표로할예정임 Poo 소장은만약제안이성공할경우, 글로벌뇌연구프로젝트가국제신경과학에서 중요한역할 을수행하기위해중국의정치지도자들을설득시킬예정임을말함. Rafael Yuste 교수는곧다가오는미국선거가글로벌뇌연구프로젝트를추진하기위한좋은수단이될수있음을말하고, 버락오바마대통령이출범시킨 BRAIN initiative를공고히한것이국제협력에서정치바람을이동시킬수있는완충제가될수있음을말함
3. IBS, 빛으로세포소기관이동제어세포내단계별메커니즘규명 신경질환치료해법제시가능, 출처 : 대덕넷 국내연구진이세포내소기관들의이동을빛으로자유롭게제어하는데성공 했다. 이로써세포내물질수송의단계별메커니즘을규명해암과신경질환 치료에새로운해법을제시할수있게됐다 IBS( 기초과학연구원 원장김두철 ) 는허원도인지및사회성연구단그룹리더 (KAIST 생명과학과교수 ) 연구팀이세포내물질수송을조절하는새로운광 유전학기술인생체막올가미 (IM-LARIAT) 기술을개발했다고 17 일밝혔다 세포내에는엔도좀이나리소좀, 엑소좀등막으로이뤄진다양한세포소기 관이존재한다. 이들은물질수송과분비, 신호전달과정등에관여하는데복 잡한움직임을제어할방법이없어세포관련연구가제한적이었다 연구팀은생체막올가미기술을개발, 빛을통해세포소기관들의이동을원하는때원하는위치에서일시정지시켜세포소기관들의이동메커니즘을실시간으로 연구하는데성공했다 또청색빛에반응하는식물의청색광수용단백질에세포소기관들의생체막에존재하는랩단백질을결합시킨융합단백질을이용해세포소기관들이서로응집 하며이동이일시정지되는현상을확인했다
3. IBS, 빛으로세포소기관이동제어 ( 계속 ) 연구팀에의하면이번연구는약물이나전기작극이아닌빛을비추는방식을고안, 최소자극으로막구조세포소기관들의이동을제어할수있어의의가크다 이번연구결과는생명과학분야세계적학술지인네이처케미컬바이올로지 5) (Nature Chemical Biology, IF 12.996) 온라인판 12 일자에게재됐다 허원도그룹리더는 " 이번연구는살아있는세포내에존재하는다양한세포소기관들을빛으로제어한연구로, 적외선이나소형광원을이용한생체막관련질환치료법이나신경세포재생연구로발전시킬수있을것 " 이라며 " 특히뇌신경세포내소기관들의이동과물질수송연구는기억과학습관련연구분야에도새장을열어줄것 " 이라고말했다
4. 피부붙이는패치로 ' 정신건강상태 ' 알아낸다출처 : 한국경제 피부에붙이는패치로정신건강상태를측정하는기술이개발됐다 KAIST( 한국과학기술원 ) 는이대학조영호교수 ( 바이오및뇌공학과 ) 연구팀이이같은연구결과를해외학술지 사이언티픽리포트 온라인판에발표했다고 19일밝혔다 조교수와윤성현 심재경박사과정연구원으로꾸려진연구팀은피부온도, 땀분비량, 맥파등사람의피부에나타나는감정징후에주목했다. 연구팀은다중생리적데이터변화를측정할수있는피부부착패치로제작해실용성을높였다 기존에는스트레스측정을위해맥파등하나의생리적데이터만분석하는데초점을맞췄다. 때문에운동, 더위, 추위, 심혈관질환등스트레스이외의생리적상태에따른영향을구분하는데는한계가있었다 조교수팀이개발한우표크기 (25mm 15mm) 의부착형패치는맥박이뛸때생기는압력으로스스로전기를만들어공급해외부전원이나배터리없이사용할수있다. 모든센서를소형패치하나에집적, 피부접촉면적을기존패치의 125분의 1 수준으로줄여착용감을높였다 손쉽게부착할수있고전원이필요없어웨어러블기기에도쉽게연결할수있는등산업적응용가치가크다 연구팀은 미래사회에선고차원적감정조절과정신건강관리의중요성이커질것 이라며 급성장중인인공지능 (AI) 기술과접목하면인간과기계의교감을통해정신적만족감과삶의질을향상시킬수있다 고설명했다 이연구는미래창조과학부신기술융합형성장동력사업지원으로수행됐다. KAIST는 감정과스트레스징후를연속적으로측정, 미래사회에서인간감성과정신건강관리의중요성을일깨워주는과학적연구가될것 이라고기대했다
5. 美사상최대규모자폐증연구 5 만명유전자분석출처 : 연합뉴스 미국에서자폐증환자 5만명과그가족의유전자등생체정보를분석하는사상최대규모자폐증연구가시작됐다 시몬스재단자폐증연구계획 (SFARI) 은 21일 ( 현지시간 ) 샌디에이고캘리포니아대 (UC 샌디에이고 ), 채플힐노스캐롤라이나대, 보스턴어린이병원등 20여개연구기관이이번연구에동참한다고밝혔다. ' 지식을위한자폐증연구를지원하는시몬스재단 ' 의약자를따 ' 스파크 '(SPARK) 로명명된이연구프로젝트 (www.sparkforautism.org) 의목적은 자폐증의원인을규명하고치료법을개발하기위한것이다 www.sparkforautism.org 홈페이지 연구자들은대규모로데이터를수집해성별, 연령, 배경, 인종, 지리적위치, 사회경제적상황등다양한변수를놓고분석을할예정이다 자폐증은유전적소인이상당히큰것으로알려졌다. 자폐증에영향을미치는것이거의확실한유전자가지금까지약 50개발견됐다 과학자들은지금까지발견된것외에도자폐증과관련있는유전자가 300개이상더있을것으로추정하고있다 스파크연구책임자 (PI) 인웬디정 SFARI 임상연구디렉터는 " 아는것이힘 " 이라며 " 스파크가만들어진이유는우리가자폐증의유전학과다른가능한원인에대해충분히알지못하기때문 " 이라고설명했다
6. 항콜린성약물, 인지능력저하시켜출처 : 메디컬트리뷴 만성폐쇄성폐질환이나기관지염, 폐기종등호흡기질환에사용되는항콜린성약물이인지장애와치매위험을증가시키는것으로나타났다 미국인디애나대학셰넌리사처 (Shannon L. Risacher) 교수는인지기능이정상인고령자의뇌에대한항콜인제의영향을검토해 JAMA Neurology에발표했다 인지기능이정상인고령자를대상으로뇌대사마커와뇌위축의지표로서항콜린제의임상적영향을알아본연구는이번이처음이다. 교수는고령자인지기능검사데이터와뇌영상데이터등을정기적으로수집한연구에서등록당시의인지기능이정상인 402명을선별했다. 이들을대상으로인지기능검사점수, 양성자단층촬영 (18F-FDG-PET) 에서 FDG 흡수율 ( 뇌속당대사지표 ), MRI로뇌위축상태를검토해항콜린제사용군 (52례, 73.3±6.6세 ) 와비사용군 ( 평균 350례, 73.3±5.8세 ) 을비교했다 항콜린제사용이란항콜린활성이중등도 ~ 강도인약제 1회이상복용하는것으로정의했다. 평균 32.1개월추적한결과, 즉시기억지표는항콜린군이평균 13.27 점, 비사용군이 14.16점이었다. 수행기능종합점수는각각 0.58점과 0.78점으로모두항콜린군이낮았다. 뇌전체에서당대사저하, 크기도줄어 항콜린제사용군과비사용군의 18F-FDG 흡수율은뇌전체에서각각 1.48과 1.52, 해마에서는 1.06과 1.08로항콜린제군이낮았다. 또한항콜린제사용군에서는 MRI상에서뇌구조가변화된것으로나타났다. 항콜린제사용군은비사용군에비해총피질크기가줄어들었다. 측두엽피질두께와내측측두엽피질두께도얇아진것으로나타났다. 또한항콜린제사용군에서는비사용군에비해측뇌실과측뇌실하각이커졌다 한편이번연구는항콜린제사용여부를자가보고에의존한데다비사용군에도복용자가있었을가능성이있음을배제할수없다는한계점도드러났다. 또한항콜린제를장기간사용하다가등록직전에중단했을가능성도지적됐다. 리새처교수는 " 연구가인과관계를설명하는것은아니지만항콜린제가치매의위험인자일가능성을배제해서는안된다 " 고강조했다
7. ips+ 로봇조합척수손상치료법개발착수 ips 세포로만든신경줄기세포이식후 HAL 로훈련, 출처 : 의학신문 게이오대 사이버다인제휴 일본게이오대와사이버다인은인공다능성줄기세포 (ips 세포 ) 를이용한재생의료와의료용로봇을조합시킨척수손상용새치료법개발에착수한다고발표했다 ips 세포를이용한재생의료와첨단의료로봇은모두일본에서개발된기술이다. 게이오대와사이버다인은 18 일최첨단의료이노베이션의추진에관한제휴협정 을체결하고, 일본의강점을살려근본적인치료법이없는척수손상치료법을개발할계획이라고밝혔다 올해부터실시되는 1 단계계획은우선척수손상을입은지 6 개월이지난중증보행장애환자등 20~30 명을대상으로지난해 11 월의료기기승인을취득한의료로 봇 'HAL' 을장착하도록한다. 하루 60 분보행훈련을주 3~5 회받는다 HAL 은환자가걸을때뇌에서발로향하는신호를감지하고모터를구사해발의움직임을돕는다. 시험에서는보행이어려웠던환자가어느정도개선됐는지조사 하기로했다 한편게이오대오카노히데유키교수가오는 2017 년여름까지척수손상된지 2~4 주지난환자에 ips 세포로만든신경줄기세포를이식하고신경의재생을촉진시 키는임상시험을계획하고있다 효과가확인되면수년후 HAL 만으로는효과를보이지않은만성환자에 ips 세포로만든신경줄기세포를이식하고 HAL 로훈련하는 2 단계시험을실시한다는계획 이다. 교통사고등으로척수가손상되는환자는일본에서만해마다 5000 명이넘고 10 만명이상이마비등후유증을앓고있다
8. 잠자리바뀌면잠못자는건뇌좌반구각성탓출처 : 메디칼트리뷴 여행지에서피곤한데도잠을못자는이유는뇌의좌반구가수면중에도계속활동하기때문이라는연구결과가나왔다 미국브라운대학인지심리학과유카사사키 (YUka Sasaki) 교수는익숙하지않은환경에서는뇌가무의식적으로깨어있어소리등에반응하는경계상태가계속 되기때문에잠을잘못잔다고 Current Biology 에발표했다 교수는남녀 11 명을대상으로수면다원검사를실시한결과, 깊은수면상태에서뇌활동으로발생하는미세한자장변화를전용장치로측정한결과, 뇌의좌우 반구활동에차이가있는것으로확인됐다
02. 과학기술정책및산업동향 1. ' 치매 ' 총진료비 1.6 조 4 년간 7630 억 출처 : 대덕넷 연평균 11.7% 전체진료인원중 72% 는알츠하이머, 출처 : 의학신문 치매의총진료비가 4년새 7630억원이증가한 1조 6285억원을기록했다. 진료인원은 46만명이며, 90% 가 70대이상노년층에서발병했다 건강보험심사평가원 ( 원장손명세 ) 은 15 일 ' 치매 (F00~03)' 에 대해최근 5 년간 (2011 년 ~2015 년 ) 심사결정자료분석결과 를공개했다 치매는 2011 년약 29 만 5 천명에서 2015 년약 45 만 9 천명으 로 5 년전에비해약 16 만 4 천명이증가해연평균증가율이 11.7% 였다 총진료비는 2011 년약 8655 억원에서 2015 년약 1 조 6285 억원으로 5 년전에비해약 7,630 억원이증가해연평균증가 율이 17.7% 로나타났다 연령구간별점유율은전체진료인원중 80 대가 42.8% 로가장높았으며, 70 대 35.6%, 90 세이상 10.2%, 60 대 8.7% 순이었다 특히 80 대연령구간은전체인구 10 명중 2 명이, 90 대이상은 3 명이치매진료인원이었다
02. 과학기술정책및산업동향 1. ' 치매 ' 총진료비 1.6 조 4 년간 7630 억 ( 계속 ) 대표적인노인성질환으로알려져있는치매는 50세미만연령층에서도진료인원이발생하는것으로나타나비교적소수이지만젊은층 ( 전체진료인원의 0.5%) 에서발생할수있으므로세심한주의가필요하다 비교적젊은층에서는퇴행성 ( 알츠하이머병에서의치매 ) 이외에도혈관손상등으로인한 ' 혈관성치매 ' 등의비중이높은것으로나타났다 치매진료인원의가장많은원인은 ' 알츠하이머병 ' 인것으로나타났다. 알츠하이머는 5년전에비해급격한증가를보이며, 2015년에는전체진료인원중약 72% 를차지했다 ' 달리분류된기타질환에서의치매 (F02)' 의원인은뇌질환, 대사성질환등이있으며, ' 상세불명의치매 (F03)' 의원인은중금속오염물질, 알코올등이있을수있다
02. 과학기술정책및산업동향 1. ' 치매 ' 총진료비 1.6 조 4 년간 7630 억 ( 계속 ) 치매는다양한원인에의해뇌기능이손상되면서생기는대표적인노인성질환이며, 증상으로는기억력, 언어능력등의인지기능이저하되면서일상생활이어렵다. 관련질병으로는 ' 알츠하이머병 ', ' 혈관성치매 ', ' 파킨슨증후군 ' 등이있다 일상생활에지장이있을정도로기억력이떨어지거나언어장애, 시간과장소혼동등의증상이있으면치매를의심할수있으며, 즉시전문의와상담, 검진등을받도록해야한다 치매검사는 진찰 혈액검사 신경심리검사 뇌영상검사등으로이뤄지며, 혈관성치매의경우초기에발견되면다른종류의치매보다호전가능성이높은것으로알려져있다 보건복지부는 2015년 12월 ' 제3차치매관리종합계획 (2016~2020) 을발표하면서향후치매정밀검진 (CERAD-K, SNSB 등신경인지검사 ) 비용을건강보험에서지원하고, 중증치매환자가정에요양보호사가 24시간상주하는방문요양서비스가제공 (1년 6일이내 ) 되며, 치매가족상담및치매전문병동운영에대한건강보험수가가신설된다고밝혔다 심평원한창환전문심사위원은 " 치매를예방하기위해서는 ' 치매예방수칙 3 3 3' 을실천해규칙적인운동, 독서등을통해뇌를사용하고음주, 흡연등을멀리해야하는등의노력이필요하며, 조기발견을위해검진을받는것이좋다 " 고밝혔다
감사합니다