단백질 모방 나노물질로 퇴행성 신경질환 치료 가능

단백질의 행동을 모방하는 새로운 나노물질은 알츠하이머병 및 기타 신경 퇴행성 질환에 대한 효과적인 치료법이 될 수 있습니다. 이 나노물질은 뇌 세포의 두 가지 핵심 단백질 간의 상호 작용을 변화시켜 강력한 치료 효과를 낼 수 있습니다.

최근 저널 Advanced Materials에 게재된 혁신적인 결과는 위스콘신-매디슨 대학의 과학자와 노스웨스턴 대학의 나노물질 엔지니어 간의 협업을 통해 가능했습니다.

이 연구는 알츠하이머병, 파킨슨병, 근위축성 측색 경화증(ALS)과 같은 질병에 관여하는 것으로 여겨지는 두 단백질 간의 상호 작용을 변화시키는 데 중점을 둡니다.

첫 번째 단백질은 Nrf2라고 하며, 전사 인자라고 하는 특정 유형의 단백질로 세포 내에서 유전자를 켜고 끕니다.

Nrf2의 중요한 기능 중 하나는 항산화 효과입니다. 다양한 신경 퇴행성 질환은 서로 다른 병리적 과정에서 발생하지만 신경 세포와 다른 신경 세포에 대한 산화 스트레스의 독성 효과로 통합됩니다. Nrf2는 뇌 세포의 독성 스트레스와 싸워 질병의 발병을 예방하는 데 도움이 됩니다.

위스콘신 대학교 매디슨 약학부의 제프리 존슨 교수는 그의 아내이자 학교의 수석 과학자인 델린다 존슨과 함께 수십 년 동안 신경 퇴행성 질환을 치료하는 유망한 표적으로 Nrf2를 연구해 왔습니다. 2022년, 존슨과 그의 동료들은 특정 유형의 뇌 세포인 성상세포에서 Nrf2 활동을 증가시키면 알츠하이머병 마우스 모델에서 신경 세포를 보호하는 데 도움이 되어 기억 상실을 상당히 줄이는 데 도움이 된다는 것을 발견했습니다.

이전 연구에서는 Nrf2 활동을 증가시키는 것이 알츠하이머병을 치료하는 기초가 될 수 있다고 제안했지만, 과학자들은 뇌에서 이 단백질을 효과적으로 표적으로 삼는 데 어려움을 겪었습니다.

"뇌에 약물을 투여하는 것은 어렵지만, 많은 부작용 없이 Nrf2를 활성화하는 약물을 찾는 것도 매우 어려웠습니다."라고 제프리 존슨은 말합니다.

그리고 이제 새로운 나노물질이 등장했습니다. 단백질 유사 폴리머(PLP)로 알려진 이 합성 물질은 마치 단백질 자체인 것처럼 단백질에 결합하도록 설계되었습니다. 이 나노스케일 시뮬레이터는 노스웨스턴 대학교의 화학 교수인 나단 지아넥시와 대학의 국제 나노기술 연구소 회원이 이끄는 팀이 만들었습니다.

지아네키는 다양한 단백질을 표적으로 삼는 여러 PLP를 설계했습니다. 이 특정 PLP는 Nrf2와 Keap1이라는 다른 단백질 간의 상호 작용을 변경하도록 구조화되어 있습니다. 이러한 단백질의 상호 작용 또는 경로는 Keap1이 Nrf2가 산화 스트레스에 반응하고 이를 퇴치하는 시기를 제어하기 때문에 많은 질환을 치료하는 데 잘 알려진 표적입니다. 정상적인 조건에서는 Keap1과 Nrf2가 결합되어 있지만, 스트레스를 받으면 Keap1이 Nrf2를 방출하여 항산화 기능을 수행합니다.

“단백질 상호 작용을 표적으로 하는 치료에 초점을 맞춘 신생 기업인 Grove Biopharma의 Nathan과 그의 동료들은 대화 도중에 Robert에게 Nrf2를 표적으로 삼을 계획이 있다고 언급했습니다.”라고 Johnson은 말합니다. "그리고 로버트는 '이렇게 할 거라면 제프 존슨에게 전화해 보세요.'라고 말했습니다."

곧 Johnson 부부와 Giannenchi는 위스콘신 대학교 매디슨 연구소에 Giannenchi의 나노물질을 테스트하는 데 필요한 쥐 모델 뇌 세포를 제공할 가능성에 대해 논의했습니다.

제프리 존슨(Jeffrey Johnson)은 자신이 PLP에 익숙하지 않고 뇌 세포의 단백질을 정확하게 표적으로 삼는 것이 일반적으로 어렵다는 점 때문에 처음에는 PLP 접근 방식에 약간 회의적이었다고 말했습니다.

"그런데 Nathan의 학생 중 한 명이 여기로 와서 우리 세포에 그것을 사용했는데, 정말 효과가 좋았습니다."라고 그는 말합니다. "그럼 우리는 정말 깊이 파고들었어요."

이 연구에서는 Giannenchi의 PLP가 Keap1에 결합하는 데 매우 효과적이라는 사실이 밝혀졌습니다. Keap1은 Nrf2가 세포핵에 축적되도록 하여 항산화 기능을 향상시켰습니다. 중요한 것은 다른 Nrf2 활성화 전략을 괴롭혔던 원치 않는 부작용을 일으키지 않고 그렇게 했다는 것입니다.

이 연구는 배양된 세포에서 수행되었지만 이제 Johnson과 Giannenchi는 신경퇴행성 질환의 마우스 모델에서 유사한 연구를 수행할 계획입니다. 이는 그들이 추구할 것으로 예상하지 않았지만 이제는 추구하게 된 연구 방식입니다.

Delinda Johnson은 “우리는 생체재료에 대한 배경 지식이 없습니다.”라고 말합니다. "그래서 노스웨스턴에서 이를 얻은 다음 여기 위스콘신 대학교에서 생물학 측면을 더욱 발전시키는 것은 이러한 유형의 협력이 정말 중요하다는 것을 보여줍니다."