KAIST 연구진, 약물 잘 듣지 않는 뇌전증 발병 원리 규명

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 극소수의 신경세포에 발생한 돌연변이가 신경망의 과다 활동 상태로 이어지는 원리를 알아내고, 뇌전증의 치료법을 개발하기 위한 단서를 제시했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이정호 의과학대학원 교수, 백세범 바이오뇌공학과 교수, 손종우 생명과학과 교수 공동연구팀이 MTOR 유전자 돌연변이에 의해 약물 저항성이 높은 뇌전증이 발병하는 원리를 알아냈다고 25일 밝혔다.

손종우 생명과학과 교수(왼쪽)와 백세범 바이오뇌공학과 교수(오른쪽).(사진=KAIST)

연구팀은 세포 내 유전학적인 관점에서부터 단일 신경세포의 전기생리학, 이로부터 가까운 거리에 있는 뇌조직의 네트워크, 뇌 전체 수준에서의 신경망 수준으로 이어지는 실험과 시뮬레이션 연구를 통해 뇌전증의 복잡한 발병 원리를 전반적으로 설명했다.

국소피질 이형성증은 대뇌발달 과정에서 일부 신경줄기세포의 mTOR 경로상의 체성유전변이로 발생하는 질환이면서 뇌전증의 원인 중 하나이다.

연구팀은 국소피질 이형성증 환자의 실제 조직과 같은 질환을 가진 동물로 실험해 개별 신경세포의 체성유전변이가 신경망 수준의 발작도로 이어지는 원리를 확인했다.

특히 체성유전변이가 뇌 조직의 5% 이하인 적은 수의 신경세포에서 발생하며, 해당 신경세포들의 전기적 성질이 정상 세포와는 다르게 변화하는 것을 발견했다. 이러한 돌연변이는 매우 적은 비율의 신경세포에만 국한돼 세포 자체의 전기적 성질 변화만으로는 전체 신경망의 비정상적인 활동으로 이어지지 않았다. 때문에 뇌전증에서 보이는 신경망 수준의 발작 활성도가 발생하는 이유까지 설명하지는 못했다.

연구팀은 후속 실험을 통해 뇌전증 발작을 유도할 수 있는 활성도가 MTOR 체성 유전변이를 가진 신경세포가 아니라 해당 세포들 주변에 변이가 없는 신경세포에서 발생하는 것을 발견했다. 유전자 변이를 가진 신경세포의 활성도가 뇌전증의 직접적인 원인이 되는 것이 아니라, 이들 세포가 변이되지 않은 신경세포에 변화를 유도하고, 이로 인해 전체 신경망 수준의 발작 활성도가 발생한다는 것이다.

연구팀은 추가 실험과 연구를 통해 MTOR 체성유전변이를 가진 세포에서 ADK(아데노신 키나제) 유전자가 많이 발현되는 것을 알아냈다. 주변의 변이되지 않는 신경세포의 네트워크 체계가 교란돼 지나치게 활성화되고, 나아가 전체 신경망 수준의 과다 활동으로 이어지는 부분도 확인했다.

이정호, 백세범, 손종우 교수는 “약물 저항성이 높아 기존에 효과적으로 대처할 수 없었던 뇌전증의 발병 원인에 대해 깊은 통찰력을 주는 연구”라고 말했다.

연구 결과는 신경학 분야 국제 학술지 ‘애널스 오브 뉴롤로지(Annals of Neurology)’에 지난 달 29일자로 게재됐다.