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Mabel R. Hokin(born Neaverson)과 Lowell E. Hokin은 영국 셰필드 대학교의 'Krebs Cycle'로 유명한 Hans Kreb Lab에서 만나 결혼했다. 1957년에 Hokins 부부는 몬트리올 McGill 대학을 거쳐 위스콘신주 매디슨으로 이주하여 의과대학 교수진에 합류했다. 1964년 Hokins는 Phospolipase C(슬롯사이트 지니)가 PhosphatidylInositol(PI)을 가수분해하는 'PI turnover'를 제안했다.

PIP2를 가수분해하는 슬롯사이트 지니는 당시 NIH의 이서구 박사님과 제자들인 서판길, 류성호, 이상열 교수가 Science 5월 리뷰 아티클에 기술된대로 효소의 정제와 클로닝에 큰 족적을 남겼다.

외부 리간드(ligand)와 수용체(receptor) 접촉의 초기 사건은 PIP2의 슬롯사이트 지니-촉매 가수분해였으며, 형성된 Diacylglycerol(DAG)와 Inositol trisphospate(IP3)가 'second messinger'라는 것이 결국 확인되었다. Nishizuka의 Protein Kinase C(PKC)가 DAG(혹은 Tumor-promoting Phorbol Esters)에 의해 활성화되기에 Hokins의 'PI turnover가 지질막 횡단 신호 전달(signal transduction) 및 기타 많은 세포 조절 과정에서 중요한 역할을 한다는 사실이 확립하게 되었다.

소교세포(microglia)에서 발현되는 효소인 Phosphpliase Cγ2(슬롯사이트 지니;2)를 코딩하는 유전자의 다양한 변이체는 AD의 위험을 높이거나 반대로 AD를 예방할 수도 있다. 9월 12일 Immunity에 발표된 연구에 따르면, 각각의 변종은 소교세포가 Aβ 플라크에 반응하는 방식을 형성한다. 인디애나폴리스에 있는 인디애나 대학교 의과대학의 게리 랜드레스(Gary Landreth)가 이끄는 과학자들은 아밀로이드증(amyloidosis)이 있는 쥐 모델에서 보호적인(protective) PLCG2 변이체를 발현하는 미세아교세포가 플라크 주위에 모여서 이를 압축하여 시냅스와 기억 상실을 방지했다고 보고했다. AD 위험을 높이는 변종을 발현하는 쥐에서 소교세포는 신경 보호 상태로의 전환이 지연되어 플라크에 대한 반응이 느려졌다. 전반적으로, 이번 발견은 슬롯사이트 지니;2가 소교세포가 아밀로이드를 관리하는 방식을 강화한다는 것을 시사한다.

"PLCG2의 돌연변이는 후기 발병 AD 위험과 광범위하게 연관되어 있지만, 신경생물학이나 AD 병인학에서 슬롯사이트 지니;2의 생체 내 기능에 대해서는 알려진 바가 거의 없다"라고 버지니아 대학교 의과대학의 John Lukens가 말했다(아래 설명). "이 연구는 이러한 격차를 해소하는 데 도움이 된다."

뇌의 소교세포와 혈액의 다양한 면역 세포에서 발현되는 슬롯사이트 지니;2는 소교세포 표면 수용체인 TREM2를 비롯한 면역 수용체의 신호 허브(hub) 역할을 한다. 활성화되면 리파아제는 기질인 인지질 포스파티딜이노시톨-4,5-비스포스페이트(PIP2)를 절단하여 디아실글리세롤(DAG)과 이노시톨-1,4,5-트리스포스페이트(IP3)를 형성한다. 이는 세포내 칼슘 방출과 수많은 신호 전달 계통을 유발하는 '2nd messenger'이다.

2017년 과학자들은 AD를 예방하고 나중에 관련 질병을 예방하고 심지어 수명을 연장하는 유전자 변종인 P522R을 발견했다(2019년 5월 뉴스). 슬롯사이트 지니G2의 P522R 버전은 야생형(wild type) 리파제보다 지질 기질을 더 많이 절단하여 필요할 때 미세아교세포가 매우 활발하게 반응할 수 있도록 준비하는 것으로 알려졌다(2020년 9월 뉴스).

슬롯사이트 지니;2 활동은 AD 발병에 어떤 영향을 미치는가? 더 나은 아이디어를 얻기 위해 제1저자 Andy Tsai와 동료들은 더 많은 PLCG2 변종을 찾기 위해 여러 유럽계 미국인 집단의 게놈 전체 연관성 연구와 시퀀싱 데이터를 재분석했다(2019년 3월 뉴스). 두 연구에서 그들은 AD 위험을 약간 증가시키는 새로운 M28L을 확인했지만 그 연관성은 GWAS에서만 통계적 유의성에 도달했다. 그럼에도 불구하고 연구원들은 이러한 반대 변종을 활용하여 CRISPR을 사용하여 보호 슬롯사이트 지니;2-P522R 또는 위험을 높이는 슬롯사이트 지니;2-M28L을 쥐에서 편집했다. 그들은 변종이 아밀로이드증에 어떻게 영향을 미치는지 연구하기 위해 이 쥐들을 5xFAD 배경에 교배시켰다.

5xFAD 생쥐의 수준과 비교하여 두 돌연변이 모두 피질에 존재하는 슬롯사이트 지니;2 mRNA의 양을 변화시키지 않았다. 그러나 슬롯사이트 지니;2-M28L 단백질 수준은 야생형의 절반 정도였으며, 이는 M28L 돌연변이가 슬롯사이트 지니;2의 번역이나 안정성을 약화시켰음을 시사한다. 기본 메커니즘은 알려져 있지 않다.

슬롯사이트 지니;2 변종은 플라크 부하와 밀도에 반대 효과를 나타냈다. M28L은 플라크 부하를 45% 증가시킨 반면, P522R은 5xFAD 대조군에 비해 부하를 대략 절반으로 줄였다. 슬롯사이트 지니;2 M28L은 확산 플라크의 비율을 증가시킨 반면, 슬롯사이트 지니;2 P522R은 균형을 소형 응집체 쪽으로 이동시켰다. 이번 연구 결과는 TREM2 신호 전달과 플라크 압축을 연결하는 연구와 맞물리며 확산 플라크가 압축된 플라크보다 더 독성이 있다는 개념을 뒷받침한다.

변종은 소교세포에 다르게 영향을 미쳤다. 위험 변종은 플라크에 대한 반응을 방해하는 반면, 보호 변종은 그들을 현장으로 집결시켰다. 슬롯사이트 지니;2-P522R을 발현하는 미세아교세포는 야생형 쥐에 비해 더 많은 식욕을 갖고 아밀로이드에 번지는 것처럼 보였다(아래 이미지).

연구 결과는 슬롯사이트 지니;2 활성화가 Aβ 플라크의 소교세포 억제를 지원한다는 것을 시사했다. 어떻게? 이를 조사하기 위해 과학자들은 수많은 유전자 발현 연구를 수행했다. 한 연구에서는 단일핵 RNA 시퀀싱을 통해 대조군과 PLC 변종 5xFAD 마우스에서 5개의 서로 다른 소교세포 전사 클러스터를 발견했다. 여기에는 항상성, 전환, 활성화된 A, 활성화된 B 및 IFN 반응 상태의 소교세포가 포함되었다. 두 활성화된 클러스터 모두 DAM과 유사한 프로파일을 나타냈는데, A 그룹은 세포내이입 및 염증과 관련된 유전자(예: Itgax, Cd9 및 Axl)를 상향 조절하고 B 그룹은 세포사멸, 지질 대사 및 플라크 압축과 관련된 유전자의 발현을 증가시켰다. Lpl, ApoE, Lgals3 및 Lilr4b를 포함한다. 대조군에 비해 슬롯사이트 지니;2-M28L 마우스는 항상성 및 전이 상태에서 더 많은 미세아교세포를 갖고, 활성화된 상태에서는 더 적은 미세아교세포를 가지고 있었다. 더 많은 미세아교세포가 활성 상태로 완전히 전환된 슬롯사이트 지니;2-P522R 마우스의 경우 그 반대였다. 이번 발견은 슬롯사이트 지니;2 활동이 소교세포 동원을 위해 바퀴에 윤활유를 공급한다는 것을 시사했다.

궁극적으로 뉴런은 강화된 슬롯사이트 지니;2 활성화의 이점을 얻었다. 슬롯사이트 지니;2 P522R은 기억(memory) 문제를 예방하고 시냅스 기능의 여러 측정값을 야생형 수준으로 복원했다. M28L 단백질을 발현하는 쥐는 이러한 측정에서 대조군보다 더 나은 결과를 얻지 못했을 뿐만 아니라 더 나쁘지도 않았다.

Tsai는 슬롯사이트 지니;2를 보다 활성화시키는 것이 AD 및 기타 신경퇴행성 질환에 대한 매력적인 치료 전략이라고 생각한다. 쿠오피오에 있는 동부 핀란드 대학의 Mikko Hiltunen도 마찬가지이다. Hiltunen은 연구의 엄격함에 깊은 인상을 받았다. 이전에 그는 P522R 녹인(knock-in) 생쥐에서 소교세포가 주변에 아밀로이드가 없어도 항상성 및 DAM 시그니처 유전자의 혼합을 표현하는 명백한 준비 상태로 전환했다고 보고했다. 플라크가 파괴된 쥐에 대한 새로운 발견은 보호 변종이 실제로 소교세포의 반응성을 더욱 높였다는 것을 확인시켜 준다고 Hiltunen은 말했다.

그러나 그는 슬롯사이트 지니;2를 너무 많이 활성화하면 해로울 수 있다고 경고했다. 리파제를 구성적으로 활성화하는 드문 돌연변이는 면역결핍 및 자가면역 질환을 유발한다(Ombrello et al., 2012). TREM2 신호전달은 슬롯사이트 지니;2를 활성화하기 때문에 항체로 수용체 신호전달을 활성화하는 것은 슬롯사이트 지니;2 신호전달을 촉진하는 또 다른 방법이다. UEF Mari Takalo가 이끄는 Hiltunen 팀은 TREM2 및 기타 면역 수용체가 P522R 변종의 보호 효과에 어떻게 영향을 미치는지 조사하고 있다.

샌프란시스코 Denali Therapeutics의 Kathryn Monroe는 TREM2의 보호 효과를 위해서는 슬롯사이트 지니G2 신호 전달이 필요하다는 사실을 발견했다. 그녀는 새로운 발견이 그 아이디어를 뒷받침한다고 말했다. 그러나 슬롯사이트 지니G2는 여러 면역 수용체의 하류에 신호를 보내기 때문에 다른 신호 전달 경로가 기여할 가능성이 있다고 그녀는 덧붙였다. "어느 쪽이든, 이 데이터는 인간 유전적 AD 변종의 기능적 의미를 기반으로 슬롯사이트 지니G2를 직접적으로 경미하게 고통스럽게 하는 흥미롭고 새로운 치료 가설을 뒷받침한다"라고 Monroe와 Joe Lewcock은 Alzforum에 대답하였다. Denali의 DNL919는 최근 1상 임상 연구를 완료했지만 중단되었다(8월 8일 보도 자료). Alector와 Vigil Neuroscience의 다른 TREM2 항체는 임상 시험 중이다.

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신은 타고난 유전자의 변이가 반대쪽으로 가게 고안해놓아 어떤 특정한 사람에게는 은총을 베푸는 것이 아닐까?