연세의대-차의과대, 유효성 극대화 ‘파킨슨병 치료제’ 개발 포문

줄기세포에서 분화된 도파민 신경세포의 순수분리로 안전성과 유효성이 극대화된 파킨슨병 세포치료제를 개발할 수 있는 길이 열렸다.

연세대 의대 생리학교실 김동욱 교수, 유정은 박사(제1저자)와 차의과대 황동연 교수 공동연구팀은 줄기세포로부터 도파민 신경세포 분화 후 도파민 세포를 순수분리할 수 있는 세포표면마커 유전자를 개발했다고 26일 밝혔다. 

의학계에서는 그동안 인간 배아줄기세포(ES cells)나 역분화 줄기세포(iPS cells)로부터 분화과정을 거쳐 ‘중뇌 도파민 신경세포’를 만드는 연구를 진행해 왔다. 문제는 아무리 분화과정을 잘 거쳐도 100% 순수한 도파민 세포가 아닌 다른 세포들도 섞여 있다는 것이다. 

이에 연구팀은 배아줄기세포에서 도파민 세포를 분화시킬 때, 도파민 신경전구세포에서 LMX1A 유전자가 특징적으로 잘 발현하는 것을 이용했다. 

유전자 가위 기술을 이용해 LMX1A 유전자에 eGFP라는 형광단백질 유전자를 붙여 LMX1A 유전자 발현 시 녹색의 형광단백질을 발현하게 했다. 이렇게 LMX1A 유전자가 발현 시 형광단백질이 같이 발현하게 만든 것이 ‘인간 배아줄기세포 리포터 세포주’이다.

연구팀은 이를 도파민 세포로 분화시켰다. 이렇게 분리된 두 세포 그룹을 마이크로어레이(microarray) 방법으로 비교 분석해 eGFP+ 세포에서 2배 이상 더 많이 발현되는 유전자 369개를 찾았다.

이 중 세포표면마커 유전자 53개를 확인했다. 이후 여러 검증과정을 거쳐 중뇌 도파민 신경전구세포 특이적 세포표면마커 유전자인 ‘TPBG(trophoblast glycoprotein)’를 최종 발견했다.

TPBG를 이용해 순수분리한 세포(TPBG+ 세포)를 파킨슨병 동물모델의 뇌에 이식했다. 16주 후 해당 동물의 뇌조직을 분석해 세포를 이식한 이식편(graft, 이식부위) 내에 중뇌 도파민 신경세포(왼쪽 그림 속 TH+ 세포)의 밀집도를 분석했다.

그 결과, 도파민 신경세포 수가 TPBG를 이용해 순수분리해 이식할 경우 순수분리 전 세포 이식보다 약 2.5배 증가하는 것을 확인했다.

또한 ‘암페타민 유도 회전운동 실험’에서 대조군에 비해 분당 회전수가 감소해 파킨슨 증상이 개선된 것을 확인했으며, 기존에 부작용이었던 세포 과다 증식 등의 문제도 감소한 것을 확인했다. 

TPBG를 이용해 순수분리한 세포(TPBG+ 세포)를 이식한 이식편(이식부위)에서는 분리 전의 세포 이식과 비교해 과다 세포 증식이나 종양의 원인이 되는 세포(Ki67+ 세포)가 현저히 줄어들고(약 31.9% 감소), 증식 세포의 감소로 이식편(이식부위)의 부피도 감소 (약 35% 감소)한 것이 확인됐다 

김동욱 교수는 “TPBG를 이용한 순수분리에 의해 중뇌 도파민 세포 분화과정 중 혼재할 가능성이 있는 다른 계열 세포의 제거가 가능함을 의미한다”라며 “파킨슨병 세포치료 시 유효성 증대는 물론이고, 부작용 제어 및 안전성 증대를 가져올 수 있음을 시사한다”라고 밝혔다.