IBS 연구팀, 뇌 발달·기능 조절에서 TANC2 단백질 중요성 규명
유전자 돌연변이 기인한 자폐·뇌 발달장애 치료제 활용 기대

TANC2에 의한 mTOR 신호전달체계의 균형 유지 모식도: 정상적인 뇌발달 상황에서 mTOR의 활성은 촉진자와 억제자(TANC2)에 의해 균형 있게 조절되며 정상적인 뇌발달, 신경전달 및 행동을 매개한다. 그러나 TANC2의 양이나 기능이 감소하면 그 균형이 깨져서 mTOR의 과활성화가 초래되고 비정상적인 뇌발달, 신경전달 및 행동이 유발된다. 반면 Rapamycin과 같은 mTOR 억제 약물을 투여하면 mTOR 과활성이 억제되고 정상적인 뇌발달, 신경전달 및 행동을 회복시킬 수 있다. IBS 제공

TANC2 결손 생쥐의 대뇌에서 mTOR 신호전달이 활성화됨. 생후 2주령 (Postnatal day 14) 정상 생쥐와 TANC2결손 생쥐의 대뇌 조직에서 mTOR 신호전달 체계에 속한 신호전달 단백질들의 인산화 변화를 비교하였을 때, 특히 mTOR 및 mTOR 하위단계에 있는 단백질들의 활성화(단백질 인산화의 증가)가 관찰되었으며(좌측 패널), 이와 상관 없는 단백질들은(우측 패널) 변화가 없는 것을 확인하였다.IBS 제공

김은준(IBS 시냅스 뇌질환 연구단 단장, 카이스트 생명과학과 교수: 교신저자). IBS 제공

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀은 TANC2 단백질 결손이 자폐 및 뇌 발달장애를 유발하는 매커니즘을 규명했다고 11일 밝혔다. 이로써 TANC2 유전자 돌연변이에서 기인한 자폐 및 뇌 발달장애 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

자폐증은 뇌 발달장애의 한 종류로서, 세계 인구의 약 2%가 앓고 있다. 뇌의 발달은 세포 내 다양한 신호전달(signaling) 체계에 의해 조절된다. 그중 ‘mTOR 신호전달’은 신경세포를 포함한 대부분 세포의 발달과 기능을 제어한다.

여기에는 대사 장애, 뇌 발달장애 등 다양한 질환이 관련되어 있다고 알려져 있다. 그러나 신경계에서의 mTOR 조절 기전은 이제까지 알려진 바가 거의 없었다.

시냅스 뇌질환 연구단은 이전 연구에서 ‘TANC2 단백질’이 정상적인 뇌 발달에 필수적임을 규명했다.

이후 다양한 임상연구를 통해 TANC2와 자폐 및 뇌 발달장애의 연관 가능성이 제기되었다.

다만 정확한 발병기전을 밝히지는 못했다. 이번 연구에서는 TANC2 단백질이 mTOR 단백질의 직접 억제자(negative regulator)로서 뇌 발달 및 기능을 조절함을 규명했다.

연구진은 TANC2 단백질과 mTOR 신호전달의 관계를 파악하고자 TANC2 발현이 절반으로 줄어든 자폐증 생쥐모델을 제작했다. 실험 결과, TANC2 단백질 결손이 mTOR 신호전달 단백질의 비정상적 과활성화로 이어져 시냅스 및 기억·학습 등의 뇌 기능이 저하되었다. 이때 mTOR 저해 약물인 라파마이신(Rapamycin)을 투여하면 시냅스 및 뇌 인지 기능이 정상으로 회복되었다. TANC2 단백질이 mTOR 신호전달 단백질을 저해하여 뇌 기능을 조절한다는 의미다.

나아가 인체의 신경세포에서 TANC2가 줄어들면 mTOR 신호전달체계가 비정상적으로 활성화됨도 발견했다. 인간의 신경계에서도 TANC2가 mTOR 저해인자로서 뇌 발달 및 뇌 기능을 조절하는 것이다.

김은준 단장은 “이번 연구로 최근 자폐 및 뇌 발달장애의 원인으로 부상한 TANC2 유전자 변이의 발병 메커니즘을 밝혔다”며 “후속 연구를 통해 mTOR 신호전달 억제제를 TANC2 유전자 돌연변이에서 기인한 자폐 및 뇌 발달장애의 치료에 활용할 수 있을 것”이라고 전했다.

연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.121) 온라인판에 2021년 5월 11일 18시(한국시간)에 게재되었다.

송현수 기자 songh@busan.com

송현수 기자 songh@busan.com