과학기술연합대학원대(UST) 임재우 석·박사통합과정 학생(오른쪽)이 치매 바이오마커를 연구하고 있다. /UST 제공
과학기술연합대학원대(UST) 임재우 석·박사통합과정 학생(오른쪽)이 치매 바이오마커를 연구하고 있다. /UST 제공
코로나19 백신 등장으로 메신저 리보핵산(mRNA)은 전 국민에게 익숙한 과학 용어가 됐다. mRNA는 약 30억 개의 염기쌍으로 구성된 DNA(데옥시리보핵산)가 단백질로 바뀔 때 전령(메신저) 역할을 하는 RNA다. 다시 말해 단백질을 구성하는 ‘코드’를 지닌 RNA다.

RNA는 종류가 여러 가지다. 트랜스퍼RNA(tRNA)는 아미노산과 mRNA를 연결하는 촉매 역할을 한다. 리보솜RNA(rRNA)는 세포 내 주요 기관인 리보솜의 구조와 기능 발현에 관여한다.

타깃 유전자에 달라붙어(일명 ‘간섭’) 생명 현상을 조절하는 역할을 하는 RNA도 있다. 마이크로RNA(miRNA)다. 현재까지 파악된 miRNA는 1만 개가 넘는다. 최근 miRNA를 활용해 난치성 질환 알츠하이머병(치매)을 조기 진단하거나 치료할 수 있는 실마리가 발견돼 주목된다.

RNA로 치매 진단

과학기술연합대학원대(UST)의 한국생명공학연구원 캠퍼스 석·박사통합과정 임재우 학생은 miRNA를 이용해 초기 치매 진단 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다. 과학기술정보통신부 직할 기관인 UST는 생명연, 기초과학연구원(IBS) 등 30여 개 정부출연연구소 현장에서 석·박사 과정을 수행하는 ‘연구소 일체형 대학’이다. 석·박사과정을 밟는 학생들이 제1 저자로 연구를 주도하며 성과를 내고 있다.

치매는 기억 상실, 인지 장애 등 심각한 증상을 나타내지만 아직 마땅한 치료 방법이 없다. 최대한 빨리 발견해 병의 진행을 늦추는 것이 관건이다. 보통 치매 진단은 ‘아밀로이드 베타 펩타이드’ 또는 ‘인산화 타우 단백질’이 나타날 때 내린다. 다만 이를 검출하기 위해선 뇌척수액을 뽑아야 하는 부담이 있다.

임씨는 치매 환자들의 혈액에서 miRNA-574가 크게 증가한 것을 확인하고 이를 검출할 수 있는 소형 진단 시스템을 개발했다. miRNA-574 만을 선택적으로 감지해 형광색을 내는 DNA 프로브(탐침)를 개발한 것이 연구 성과의 핵심이다. 이 기술은 전임상과 임상을 거치며 성능을 인정받았다. 해당 논문은 바이오 센서 분야 학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 임은경 생명연 바이오나노연구센터 연구원과 문민호 건양대 의대 교수가 교신저자로 참여했다.

치매 치료 가능성도 확인

UST 기초과학연구원(IBS) 캠퍼스에서 석·박사통합과정을 마친 주연하 연구원은 miRNA의 일종인 shRNA(스몰 헤어핀 RNA)를 이용해 치매 치료 방법을 새롭게 제시했다. shRNA는 가닥이 교차된 머리핀같이 생겨 붙은 이름이다.

주 연구원은 소변의 주성분인 요소(우레아)를 생성하는 요소회로 시스템이 뇌 속 별세포에도 존재함을 밝혔다. 별세포는 뇌세포의 절반 이상을 차지하는 별 모양의 비신경세포다.

그는 아밀로이드 베타를 넣은 별세포에서 효소 ‘ODC-1’이 갑자기 증가한 것을 발견했다. ODC-1은 요소회로를 구성할 때 필요한 효소다. 요소회로는 주로 간에서 유해한 암모니아를 해독하는 좋은 역할을 하는데, 치매를 유발하기도 하는 나쁜 역할이 새로 드러난 것이다.

주 연구원은 ODC-1을 억제하면 요소회로를 통해 생성되는 신경 저하물질인 가바(GABA)가 감소한 것을 확인했다. 실제로 동물실험에서 치매에 걸린 생쥐의 ODC-1을 억제하니 기억력이 되살아났다. ODC-1을 억제할 때 사용한 도구가 바로 shRNA다.

그동안 치매 환자 임상시험에서 아밀로이드 베타를 제거해도 치매 증상이 지속되는 현상이 발생해 치료제 개발에 어려움이 많았다. 주 연구원은 “반응성 별세포에 따른 요소회로 활성화와 그로 인한 가바 및 활성산소 발생이 치매의 원인”이라며 “새로운 치매 치료제 개발 가능성을 제시한 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 세계 3대 학술지 ‘셀’의 자매지인 셀 메타볼리즘에 표지 논문으로 실렸다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com