파킨슨병: 구리가 단백질 응집을 유발한다는 연구 결과

파킨슨병: 구리가 단백질 응집을 유발한다는 연구 결과
파킨슨병 발병의 새로운 단서
날짜:
2022년 7월 7일
원천:
스위스 연방 재료 과학 기술 연구소(EMPA)
요약:
환경에서의 구리 노출과 인간 뇌의 단백질 알파-시누클레인은 파킨슨병의 발병기전에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 연구원들은 많은 양의 구리 이온에 노출되었을 때 단백질이 어떻게 특이한 모양을 띠는지 보여줄 수 있었습니다. 이번 발견은 신경퇴행성 질환의 치료를 위한 새로운 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

환경에서의 구리 노출과 인간 두뇌의 단백질 알파-시누클레인은 파킨슨병의 발병기전에 중요한 역할을 할 수 있습니다. Empa와 University of Limerick의 팀은 다량의 구리 이온에 노출되었을 때 단백질이 어떻게 비정상적인 모양을 띠는지 보여줄 수 있었습니다. 이번 발견은 신경퇴행성 질환의 치료를 위한 새로운 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

파킨슨병의 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. 전형적인 근육 떨림이 시작되기 훨씬 전에 뇌에 결함이 있는 단백질이 나타나는 것이 첫 번째 징후일 수 있습니다. 아일랜드의 Empa와 University of Limerick의 연구원들은 이제 단백질 고리 형태의 이러한 알파-시누클레인의 비정상적인 모양을 자세히 조사했습니다. 이를 통해 구리에 의한 환경 오염과의 연관성을 나노 스케일로 시각화할 수 있었습니다. 이것은 신경 퇴행성 질환의 발달과 질병 과정에서 생체 금속의 역할에 대해 새로운 시각을 제공합니다. 또한, 이번 발견은 질병의 조기 발견 및 치료를 개선할 수 있는 기회를 제공할 수 있습니다.

수상한 금속

파킨슨병에 대해 알려진 사실은 뇌의 뉴런이 죽어서 신경전달물질인 도파민이 결핍된다는 것입니다. 질병의 후기 단계에서 이것은 근육 떨림, 근육 강직 및 심지어 부동을 초래합니다. 천천히 진행되는 질병은 알츠하이머병에 이어 세계에서 두 번째로 흔한 신경퇴행성 질환입니다. 살충제나 금속과 같은 환경적 요인이 파킨슨병의 발병을 촉진할 수 있습니다.

Transport at Nanoscale Interfaces 연구실의 Empa 연구원 Peter Nirmalraj가 이끄는 팀은 이미징 기술과 화학 분광법을 사용하고 Limerick 대학의 Damien Thompson 팀과 협력하여 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 이 가설을 조사하고 있습니다. 연구자들은 파킨슨병 발병에 있어 여러 분자 과정에 관여하는 단백질인 알파-시누클레인을 표적으로 삼고 있습니다. 영향을 받은 개인의 경우 이 내인성 단백질이 뭉쳐서 신경 세포가 죽습니다. 연구자들은 고농도의 구리가 이러한 과정을 방해하고 질병 진행을 가속화한다고 의심합니다.

악의 반지

나노미터 규모에서 알파-시누클레인의 덩어리를 시각화하기 위해 Empa의 Cellulose & Wood Materials 연구소의 연구원인 Silvia Campioni는 단백질을 인공적으로 생산했습니다. 원자간력 현미경을 사용하여 연구자들은 초기에 용액에 있던 단백질을 10일 동안 관찰할 수 있었습니다. 이 단백질이 개별적인 불용성 사상 구조를 형성한 후 최종적으로 함께 뭉쳐서 조밀한 섬유소 네트워크를 형성했습니다. 이미지를 기반으로 질병의 진행 중에 발생하는 용해성 단백질이 약 1 마이크로미터 길이의 덩어리진 섬유로 변형되는 것을 실험실에서 매우 정밀하게 관찰할 수 있습니다.

그런 다음 연구자들이 단백질 용액에 구리 이온을 추가하면 현미경으로 완전히 다른 구조가 나타났습니다. 약 7 나노미터 크기의 링 모양 단백질 구조, 이른바 올리고머가 단 몇 시간 만에 시험관에 나타났습니다. 이러한 고리형 올리고머의 존재와 세포 손상 효과는 이미 알려져 있다. 게다가 더 긴 섬유와 같은 구조는 구리가 없는 솔루션보다 더 일찍 나타났습니다.

Peter Nirmalraj는 "한편으로 다량의 구리는 응집 과정을 가속화하는 것으로 보입니다. 또한, 이 특이한 고리 모양의 단백질 구조는 구리의 영향으로 비교적 빠르게 발달하며, 이는 병리학적 과정의 시작을 표시하거나 이를 촉발할 수도 있습니다. 연구원들은 또한 분자 역학 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 10~100나노초의 작은 단계로 구리 이온과 알파-시누클레인의 결합을 분석했습니다.

초기 테스트

올리고머 고리는 단백질 변형의 맨 처음에 형성되기 때문에 고리는 새로운 형태의 치료법의 표적으로 사용될 수 있다고 Nirmalraj는 희망합니다. 또한 이번 발견은 예를 들어 척수액 샘플을 사용하여 체액의 초기 단계에서 질병을 감지할 수 있는 파킨슨병 검사의 개발을 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다.