해외언론동향
해외언론동향 내용 담당 :생명윤리안전정책연구팀 : 02-737-8452,
게재 일자 : 2019-08-26 
키워드 : 뇌질환, brain disorders, brain diseases, 신경정신질환, neuropsychiatric diseases, 실험실 쥐, lab mice, 동물모델, animal models, 실험용 약물, experimental drugs, 임상시험, clinical trials, 뉴런, 신경세포, neurons, 유전자 발현, gene expression, nature 

실험실 쥐(mice)는 과학을 위하여 많은 것을 견뎌내는데, 종종 한 가지 (일시적인) 보상이 있음. 인간을 죽이는 질병으로부터 기적에 가깝게 회복되는 것임. 실험용 약물은 알츠하이머질환이나 조현병이나 신경세포종을 앓고 있는 쥐는 수백만 마리를 완치시켰지만, 불행하게도 인간은 1명도 완치시키지 못함. 많은 뇌질환에서 쥐는 인간이 약물에 어떻게 반응할지를 예측하는데 매우 형편없는 모델이라는 슬픈 사실을 반영하고 있는 것임.

 

연구팀은 이와 같은 쥐와 인간의 단절에 대한 중요한 이유를 발견했다고 nature 저널에 821일자로 발표함. 각 종(species)의 대뇌피질에서 세포의 종류, 특히 세포의 핵심 유전자의 활동에서 근본적인 차이점을 발견했다고 함.

 

교향악단만큼 큰 규모의 연구팀은 현재까지 인간의 뇌에 대한 가장 상세한 분류체계(taxonomy)에서 수십 년 동안 해왔던 것처럼 뇌세포를 형태와 위치에 따라 분류하지 않고, 어떤 유전자를 사용했는지에 따라 분류함. 연구결과 이전의 표준분류체계에서는 같다고 여겨진 쥐와 인간의 신경세포는 신경전달물질 수용체와 같은 뇌의 주요 구성요소에 대한 유전자 발현에서 큰(10배 이상) 차이가 날 수 있다는 점을 확인함.

 

이는 오랫동안 쥐와 인간에게서 핵심적으로 동일하다고 생각한 뇌 영역을 연결하는 신경세포(neurons)와 순환로(circuits)를 근본적인 방식으로 다르게 만듦. 그리고 조현병, 우울증, 조울증, 자폐증을 포함한 신경정신질환에 대한 약물 개발에 있어서 기록이 최저(abysmal)인 점을 설명할 수 있을 것임.

 

이 연구를 주도한 미국 앨런뇌과학연구소(Allen Institute for Brain Science) 신경생물학자(Ed Lein)인간이 개발하려고 하는 모든 약물은 수용체나 다른 분자에 작용한다면서 여러분이 목표로 하는 신경전달물질 수용체가 인간과 쥐의 같은 세포에서 사용되지 않는다면 당신의 약물은 잘못된 순환로에 닿을 것이며, 실험용 설치류(rodents)에서 나타나는 효과가 환자들에게는 나타나지 않을 것이라고 밝힘.

 

연구에 참여하지 않은 아이칸의과대(Icahn School of Medicine) 신경과학자(Eric Nestler)쥐와 인간의 뇌의 광범위한 유사성과 차이점을 아는 것은 뇌질환에 대한 약물을 개발하는 사람들이 쥐 모델을 더 잘 사용할 수 있도록 도울 것이라면서 이러한 유형의 매우 상세한 분자생물학은 유용한 로드맵이며, 뇌질환에 대한 동물모델의 타당성을 더 잘 알려줄 것으로 기대된다고 밝힘.

 

그러한 타당성은 아쉬운 점도 많음. 작년에 과학자들은 신경정신과 약물 개발을 위기의 한 가운데라고 표현했는데, 그 이유는 쥐에게 적용한 것을 인간에게 맞춰 전환할(translate) 수 없기 때문임. 쥐에게 효과가 있어서 임상시험을 진행한 신경정신과 약물 100개 당 9개만 의약품으로 허가를 받음. 모든 질병범주 중 가장 낮은 비율에 해당한다고 함.

 

Nestler는 쥐의 뇌와 인간의 뇌가 유전적으로 어떻게 다른지를 아는 것만으로 이 문제를 해결할 수는 없지만, 과학자들이 두 종의 신경생물학 사이의 기본적인 차이를 풀어내는 데는 도움을 줄 수 있다고 밝힘.

 

앨런뇌과학연구소 대표인 공동저자(Christof Koch)는 인간의 뇌질환을 치료하려면 인간 뇌의 고유한 특성(uniqueness)을 이해해야 한다고 강조함.

 

연구팀은 사망자의 뇌와 간질수술 중 제거된 조직에서 세포 15928개를 추출함. 모든 세포는 인간의 대뇌피질의 한 영역(중측두회; middle temporal gyrus)에서 나옴. 생각, 감정, 기억, 그 밖의 고차원적인 기능에 대한 뇌의 임무(mission)를 제어하는 영역임. 또한 피질은 뭔가 잘못되면 그 결과가 신경정신질환으로 나타남.

 

75개의 다른 종류는 연구팀이 사용한 유전자로 측정했을 때 모두 맞는(matching) 쥐의 버전을 가지고 있었음. 그러나 그러한 많은 상응하는(homologous)’ 세포에서는 유전자 발현 수준에 극적인 차이가 있었음. 유전자의 18%는 쥐와 인간 사이의 발현 수준이 적어도 10배 정도의 차이를 보임.

 

연구팀은 다양한 유전자가 연결성 및 신호를 나타내는 방법과 연관되어 있듯이 뇌 세포의 유전적인 요소 목록의 차이는 기능적으로 관련이 있을 가능성이 높다고 밝힘.

 

가장 큰 차이점 중 하나는 신경세포가 신경전달물질 수용체(신경세포가 화학물질을 통해 소통하는데 사용하는 분자)와 단백질(신경세포로 기능적인 순환로를 짬)에 대한 유전자를 발현한 것임.

 

예를 들어 세로토닌(serotonin) 수용체는 신경세포가 신경전달물질에 반응하도록 하며, 식욕, 기분, 기억, 수면, 기타 핵심 뇌 기능에 역할을 하도록 함. 쥐와 인간 모두 세로토닌 수용체를 가지고 있지만, 신경세포의 종류는 서로 다름. 정도는 덜하지만, 신경전달물질 글루타민산염(glutamate) 수용체에 대한 유전자 발현도 쥐와 인간의 뇌 신경세포 사이에 현저하게 차이가 남.

 

Lein유기체 모델의 가정은 신경전달물질이 인간과 동일한 신경세포에 수용체를 가지고 있다는 것이라고 밝힘. 이는 그렇지 않기 때문에 세로토닌이나 글루타민산염은 인간에게 쥐와는 매우 다른 효과를 낼 수 있다고 암시함. 다시 말하면 세로토닌이나 글루타민산염 순환로에 작용하는 약물이 쥐에게 인간과 매우 다르게 영향을 미칠 수 있다는 것임.

 

Nestler쥐와 다른 실험실 동물들은 신경정신질환에 대한 유용한 모델이 되겠지만, 냉정하게 살펴봐야 한다고 지적함.

 

기사 및 사진 : https://www.statnews.com/2019/08/21/brain-disorders-why-drugs-cure-mice-but-not-humans/

저널 : https://www.nature.com/articles/s41586-019-1506-7

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