포유류종에서 신경퇴화를 야기하는 뇌질환을 유발하는 병원체 prion이 발병시키는 prion 질병은 전염성 해면상뇌증으로도 알려져있다. 해당 병원체의 증식과 전파 기작은 잘 알려져 있지 않지만 자가 단백질 구조변화에 의한 것으로 추측중이다. 그 변화는 바로 PrP-C가 PrP-Sc로 변화하는 것으로 여러 환경적 요인에 의해 그 변화가 촉진되는 것으로 알려져 있으며 해당 연구에서는 자외선에 관심을 두었다. 해양조류의 이차 대사물인 MMA가 자외선을 직접적으로 흡수하거나 세포 내의 자유 라디칼을 중화시키는 것으로 알려져있기에 해당 물질이 자외선에 의해 피해를 줄여줄 것으로 기대된다. 본 연구에서는 자외선에 의한 세포 내 손상을 막아주는데 탁월한 세 종류의 MAA를 통해 생화학적 요체 PrP-Sc 축적에 대한 변화를 확인한다.
<h1>서 론</h1> <p>전염성 해면상뇌증으로 알려진 prion 질병은 prion으로 명명된 병원체에 의해 발병되며, 이 병원체는 다양한 포유류종에서 신경퇴화를 수반하는 뇌질환을 일으키는 것으로 알려져 있다. Prion 병원체는 종래의 감염체와는 구별되는 병원체로, 여타 감염체 즉 박테리아, 균류, virus, viroid 등이 함유하고 있는 유전물질이 배제되어 있으며 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)로 알려진misfolding된 prion 단백질(PrP)로만 이루어져 있다. 그래서 prion은 종래의 병원체와는 전혀 다른 양상으로 발병 하고 전염된다. 이러한 내용을 뒷받침하는 "protein only 가설”은 이후, 자외선, 방사선, 핵산가수분해효소의 처리와 무관한 prion의 병원성 유지 실험, prion의 생화학적 분리정제, synthetic prion의 병원성 관찰과 같은 많은 실험적 증거를 바탕으로 증명되었으며 현재는 대부분의 prion 관련연구의 근간을 이루고 있다.</p> <p>Prion의 증식과 전파 기작은 잘 알려져 있지 않지만, 자가 단백질 구조변화에 의한 것으로 추정되고 있다. 이 기작은 정상 세포 단백질인 세포성 prion 단백질 \( \left(\operatorname{PrP}^{\mathrm{C}}\right) \)가 병원성 prion 단백질 \( \left(\mathrm{PrP}^{\mathrm{Sc}}\right) \) 로의 형태(conformation)가 변화되는 것에 기초한다. 일련의 transgenic 생쥐와 세포주를 이용한 실험으로부터 얻어진 증거에 의하면 이러한 구조적 변화에는 밝혀지지 않은 보조인자 또는 단백질이 관여한다고 추측된다. \(\operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)는 비정상적인 형태로 변환될 수 있는데, 이 경우 구조가 변형된 prion 단백질을 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)라고 부른다. \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)는 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)와 달리 서로 응집하는 경향이 있고, 짧은 봉 모양의 fibril을 형성할 수 있다. 비록 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)와 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)의 아미노산 순서는 정확히 일치하지만 형태 변환에 따라 상이한 생화학적 물성을 갖게 된다. \( \alpha \)-나선구조가 많은 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)는 \( \beta \)-병풍구조가 많은 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)로 변환됨에 따라 단백질의 성질이 친수성에서 소수성으로 바뀌면서 용해도가 감소한다. 또 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)는 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)와 달리 단백질가수분해효소인 proteinase K(PK)에 부분적 저항성을 나타냄으로 인해 prion 질병에 걸린 숙주로부터 유래한 시료에서는 PrP27-30라고 명명된 PK-저항성 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)를 western blotting으로 검출할 수 있다. 여러 환경적 요인에 의해서 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{C}} \)로부터 \( \mathrm{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)로의 전환이 촉진되는 것으로 알려져 있으며, 시험관적 조건에서 자외선을 조사하면 prion 단백질의 misfording이 증가할 수 있다는 결과가 보고되었다.</p> <p>Mycosporine-like amino acids (MAAs)는 해양조류의 이차 대사물로 알려져 있으며, 빛에 의해서 피해를 입는 조류의 방어작용에 의해 생성되는 것으로 알려져 있고, 현재까지 20여종 넘게 보고되었다. 많은 수의 MAA의 구조가 알려져 있으며, 모든 MAA는 cyclohexenone 또는 cyclohexenimine고리 구조로 이루어져 있다. 이 고리 구조는 자외선을 직접적으로 흡수하거나, 세포 내에 발생하는 자유 라디칼을 중화시키는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 고리 구조에 의해서 강렬한 빛에 의한 피해를 줄일 수 있으며, 산화적 스트레스의 원인인 활성 산소를 줄여줌에 따라 산화스트레스에 대한 조류의 저항성에 있어 매우 중요한 요소로 알려져 있다.</p> <p>본 연구에서는 자외선에 의해서 발생되는 세포 내 손상을 억제하는데 있어 매우 우수한 효과를 보이는 세 종류의 MAA인, mycosporine-glycine, porphyra-334와 shinorine을 이용하여 prion의 생화학적 요체인 \( \operatorname{PrP}^{\mathrm{Sc}} \)의 축적에 대한 변화를 prion이 영구 감염된 neuroblastoma 세포 주에서 확인하였다.</p>