연구 목적 및 필요성

연구 목적 및 필요성 사회가 발전함에 따라 의학의 발전과 성장이 가속화되고 여기에 발맞추어 평균연령이 증가하고 있다. 우리나라뿐 아니라 전 세계적으로 고령화 사회가 되어가면서 노인성 질환에 많은 관심이 생기고 연구가 이루어지고 있다. 고령인구에서 높은 비율로 발병하는 질병이 치매이다. 치매는 환자본인과 그 가족들에게 경제적,심리적, 육체적인 고통을 주는 사회적인 문제로 대두되고 있는 실정이다. 치매중 퇴행성 뇌질환인 알츠하이머 병(Alzheimer's Disease)은 노인들에게서 가장 많이 나타나는 대표적인 치매이다. 알츠하이머병은 65~74 살에서 10%, 75~84 살 19%, 85 살 이상에서는 47%가 발병하는 데다 그 발병률이 해마다 늘어나 커다란 사회문제로 떠오르고 있다. 알츠하이머병은 인지능력과 기억력이 상실되는 병이다. 임상적인 뇌 조직의 특징은 뇌세포의 손실, 세포밖의 amyloid β가 침착이 되어 plaque 을 형성하고, 뇌세포안에는 tau 단백질이 포함되어 있는 neurofibrillary tangle 이 발견된다(1,2). 유전성( Famillial-)과 산발성(sporadic-) 알츠하이머병 알츠하이머의 병인에 따라서 크게 두가지로 구분하고 있다(4). 알츠하이머 치매전체의 10%도 채 안되는 유전적 형태의 치매(familial AD)와 치매의 대부분을 차지하는 산발성 치매(sporadic AD)로 구분된다(4). 알츠하이머 뇌에서 생긴 neurotoxic 단백질을 크게 두 가지로 볼 수 있다(3,8). 정상세포에서는 APP 가 α-, β-, γ-secretase 에 의해서 절단이 되는데 알츠하이머병 뇌에서는 비정상적인 분해과정을 거쳐 Aβ (1-42)가 많이 형성되어 응집되고 deposition 이 증가되어서

세포밖의 plaque 이 생긴다(2). FAD 의 경우 Aβ (1-42)가 잘 생기게 되는 돌연변이 유전자로는 APP, presenilin1,2 가 있다(6). APP 는 β-secretase 에 의해서 잘려지는 부위가 돌연변이가 생겨 쉽게 Aβ를 형성하고 Presenilin 은 γ-secretase 와 복합체를 형성하여 효소활성을 가지는데 presenilin 에 돌연변이가 생겨 γ- secretase 의 활성이 계속유지가 되어 베타아밀로이드의 침착이 생기는 것이다(5,6,7,8). 두 번째의 경우는 neurofibrillary tangle(nft)이 뇌세포 안에서 축적되어 알츠하이머가 생긴다(9). 보통 정상뇌는 tau 의 인산화와 탈인산화가 평형상태를 이루어 세포내의 cytoskeleton stability 와 axon 의 형태를 조절하는데 tau 가 과인산화가 되어 잘못된 구조의 paired helical filament 를 형성하고 이것은 더 축적되어 neurofibrillary tangle(nft)이 생기게 된다. 그러므로 tau 유전자에 돌연변이가 생기면 FAD 가 유발된다(1,9). 산발성 알츠하이머는 알려진 기전이 전혀 없지만 치매의 증상과 발견되는 Aβ plaque 과 neurofibrillary tangle 이 생기는 것은 같다 (2,5,7). 최근까지 받아 들여 지고 있는 알츠하이머병의 기전은 'amyloid cascade'모델이다(1). Amyloid Precursor Protein(APP)이 Aβ(1-42)로 생기는 것은 두 가지 효소가 작용한다. APP 는 β-,γ-secretase 에 의해서 절단되는 근처에서 주로 돌연변이가 일어나서 β-secretase 에 의해서 쉽게 잘려지고 잇달아 γ-secretase 에 의해서 절단되어 Aβ(1-42)가 생긴다. 또는 Presenilin1 이나 2 는 γ-secretase 와 복합체를 형성하는데 PS1 이나 2 에서 돌연변이가 생기게 γ- secretase 가 변형이 되어 자가 응집이 잘 일어나는 Aβ(1-42)가 생성 축적된다. 이 Aβ(1-42) 펩타이드가 알츠하이머의 개시를 알리는 물질이다. 세포 밖에서 형성된 Aβ(1-42)는 oligomerization 과 침착(deposition)이 되고 synapse 에 영향을

주고 신경세포 injury 를 유발한다. 신경세포가 손상될 때 세포내의 kinase 와 phosphatase 는 활성이 바뀌고 이때 세포지지조직과 관계하는 tau 단백질의 hyperphosphorylation 이 생기게 되고 결국 세포내의 microtubule network 이 파괴된다. 이것이 바로 잘못된 구조의 fibril tangle 이 형성된다는 것이다(1,2). 즉 Aβ(1-42)의 toxicity 로 인해서 NFT 가 형성되고 신경세포 사멸을 유도하는 것이다(4) WNT signaling 과 알츠하이머병. (1) GSK3. GSK3β 는 Wnt signaling 의 target molecule 인 β -catenin 을 인산화시켜서 stability 를 조절하는 key kinase 이고 tau 를 과인산화시켜 tangle 이 생기게 하는 단백질이기도 하다. GSK3 를 억제 했을때 tau 의 인산화가 차단되고 신경세포의 손상이 줄어든다는 사실로부터 알츠하이머의 병인에 Wnt signaling component 인 GSK3 가 중요함을 알 수 있다(3,4). 비정상적인 APP processing 에 관여하는 PS1 을 세포내에서 과발현시킬 경우 GSK3 β의 양은 변화시키지 않고 PS1 의 250-298 잔기에 직접 결합한다. 이 부위에서는 GSK3 β의 기질인 tau 또한 GSK3 β와 상관없이 PS1 에 결합한다(10). 그리고 이 부위는 PS1 의 돌연변이가 잘 일어나는 'hot spot'임을 고려할 때 알츠하이머의 중요한 인자인 PS1 이 tau 의 인산화를 쉽게 하기위해서 GSK3β를 연결시켜주는 다리역할을 하고 GSK3β는 알츠하이머병 기전에서 중요한 조절요소임을 알 수 있다.

(2) β-catenin Presenilin 이 돌연변이가 일어나서 생기는 FAD 의 기전을 설명하는것중 βcatenin 의 연구가 몇 년간 되어 왔다. PS1 은 bcatenin 과 직접 결합하고 있다는 사실은 여러 논문에서 알려져 있지만 PS1 과 bcatenin 의 복합체가 어떤기능을 하는지에 관한 설명은 확실하지도 않고 연구가 많이 되어 있지 않다. 다만 PS1 과의 결합이 βcatenin 의 stability 를 증가시키는지 또는 분해를 시키는가에 대해서는 몇몇의 논문들이 있다(11).

그런데 몇 가지 논문들을 보면 Canonical Wnt Pathway 와 알츠하이머병과의 연관성이 없다는 보고도 있다.

rat 의 hippocampi 에 Aβ를 주입하면 GSK3β가 활성화되고 tau 가 과인산화되어 tangle 이 생성됨으로써 공간지각과 기억력이 상실되지만 Li(참고로 Li 는 GSK3α와β모두 억제함)를 같이 처리하게 되면 훨씬 더 행동장애가 나아진다는 보고가 있다(16,17). 여기서 예상할 수 있는 것은 LiCl 에 의해서 GSK3α/β가 차단되고 tau 가 인산화되지 않아 neurofibrillar tangle 을 만들지 않고 또한 세포내의 βcatenin 의 증가로 세포성장에 유리한 유전자를 발현함으로써 신경세포의 사멸을 억제한다는 논리로써 canonical wnt signaling 이 FAD 를 negative 하게 조절할수 있다는 제시를 할수 있다. 그런데 최근의 논문에서 이 가설을 반박할 만한 논문이 있다. Li 자체가 GSK3α를 차단해서 Aβ를 감소시키는 것이지 GSK3β를 억제하는 것과 bcatenin 의 증가와는 상관이 없다고 한다(18). 그리고 FAD 기전을 설명하는 다른 논문에서는 Presenilin 이 βcatenin 과 결합하여 분해를 촉진하는데 PKA 와 GSK3β의 도움으로 βcatenin 이 인산화를 시키고 ubiquitination 으로 유도한다는 presenilin 의 기능에 관한 논문이다. Presenilin 이 βcatenin 을 분해시키는 조건에서 Wnt3a 를 처리하더라도 Presenilin 의 βcatenin 분해작용을 차단하지 못하고 Wnt 신호전달의 scaffolding 단백질인 Axin 을 없애도 PS1 의 기능에 영향을 주지 않는 것을 보아 Axin 이 PS 의 βcatenin 분해에 필요하지 않음을 제시하고 있다. 즉 PS1 이 βcatenin 분해에 작용하는 것은 Wnt signaling pathway 와 개별적으로 일어난다는 것이다(13).

βcatenin 의 분해는 서로다른 signaling 에서 일어난다.왼쪽은 Wnt canonical signaling 이 차단되어 βcatenin 의 분해에 관련된 복합체를 보여주고 있으며 오른쪽은 Presenilin 이 PKA 와 GSK3β와 complex 를 이루고 있으면서 βcatenin 의 serine 45 번부터 인산화 시키면서 33/37/41 번을 잇달아 인산화시키고 곧바로 분해되는 과정을 보여주고 있다(13). 그러나 위의 Kang et al, 2002 논문과는 반대로 Aβ가 침착될 때 세포에 나타나는 독성을 Wnt 3a 를 처리함으로써 줄여주고 세포사멸을 줄일 수 있다는 보고(19)가 있다. 또한 Aβ침착시 Wnt 신호전달의 억제자로써 작용하는 Dickkopf-1 가 유도된다는 사실은(20) 알츠하이머로 인한 뇌세포의 손상은 Wnt signaling 이 회복시킬 수 있는 작용이 있다고 보여진다. 그러므로 여전히 알츠하이머병의 기전을 밝히기 위해 Wnt signaling 과의 연관성을 연구해볼 가치가 있다고 본다.

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