치매환자 뇌조직과 줄기세포 유래 뇌세포를 이용한 타우병리 개선 연구

초록

ㅁ 연구 목표 ㅇ 치매환자 뇌조직를 활용하여 타우병리 유관 단백질을 발굴하고, 유관 단백질 생물활성에 기반한 약물탐색플랫폼을 개발 이용하여 치매병리 개선제를 발굴 치매예방관리에 활용하고자 함 ㅁ 연구내용 및 결과 ㅇ 치매 위험유전자의 타우병리 상관관계 규명 연구 - ApoE4 유전자형을 가지는 치매환자의 뇌조직에서 미토콘드리아 Drp1, Mfn1, Mfn2 그리고 Sirt1, Sirt3 발현양이 감소되어 있음을 확인함 - ApoE4 iPSC -derived neurons에서 인지기능과 관련된 RELN, SNAP25과 같은 유전자의 발현이 감소되어 있음을 확인함 - 치매 위험유전자 PTK2B, CD2AP, WWOX 및 CASS4가 타우병리에 영향을 미치는 것으로 확인함 ㅇ 치매 타우병리 유전자 TPRP 발굴 및 병리적 특성 연구 - 타우단백질 전이 조절 단백질(TPRP, tau propagation regulatory protein)을 발견하고 타우병증 환자 뇌조직과 경증도인지기능장애(MCI) 및 알츠하이머 환자 뇌척수액(CSF)에서 높은 농도로 존재함을 확인함 - TPRP는 엑소좀 형성과 관련된 기전을 조절해 타우단백질 및 인산화된 타우단백질을 전이를 유도하는 것을 확인함 - 신경염증반응(Neuroinflammation)이 TPRP의 발현 증가시키고 세포질 칼슘수용체 RYR3 조절을 통하여 타우단백질 전이를 일으킴 확인함 ㅇ 치매 타우병리에 영향을 미치는 대사체 발굴 연구 - 노화된 마우스 혈액에서 증가하는 Palmitoyl -L -carnitine은 신경세포에서 타우단백질 인산화와 미토콘드리아 분절(fission)을 일으킴을 확인함 - Palmitoyl -L -carnitine은 신경세포내 칼슘 overload에 의해 활성화된 taukinases와 미토콘드리아 fission 단백질의 증가에 의해 유도됨을 확인함 ㅇ 치매 타우병리 약물 탐색시스템 구축 및 조절 화합물 탐색 연구 - 임상화합물 1,559종중 FoxO3a 활성을 증가시키는 화합물로부터 선별한 항우울제 Desipramine을 신경세포에서 인산화된 타우 단백질의 양을 감소시키는 효과가 있음을 확인함 - 더불어 HDAC 억제제, SAHA(vorinostat)는 타우 단백질 인산화를 증가시킬 뿐 아니라 아밀로이드 생성 촉진에도 관여함을 확인함 - 천연물 Rottlerin은 자가포식작용 활성화를 통하여 인산화된 타우단백질의 양을 감소시키는 것을 확인함 ㅁ 기대효과 및 활용방안 ㅇ 타우단백질 전이에 관여하는 TPRP는 치료타깃으로 노화쥐 혈액에서 발견된 Palmitoyl -L -carnitine은 진단 질병지표로써 개발 가능함 ㅇ 타우병리 개선 효과가 있는 임상화합물 및 천연물은 치매를 포함한 tauopathy 예방제로써 활용 가능성이 있음

Alzheimer disease (AD) is a progressive, neurodegenerative disorder and the most common cause of dementia, affecting millions worldwide. AD is neuropathologically characterized by the accumulation of amyloid beta plaques and highly phosphorylated tau inclusions as well as widespread neuronal atrophy which results in dramatic cognitive impairment. Unfortunately, no effective preventative, palliative, or curative therapies currently exist for AD. In our previous study, we investigated the effect of ApoE4, a high risk gene in AD, on the expression of FoxO3a regulating autophagy‑related genes. Compared to non‑carriers, the protein level of FoxO3a was significantly reduced in ApoE4 carriers, and the phosphorylation level of FoxO3a at Ser253 increased in ApoE4 carriers, indicating that FoxO3a is considerably repressed in ApoE4 carriers. Here, we tried to find new organic compounds augmenting the activity of FoxO3a among drugs and natural compounds obtained from Korea Chemical Bank (KCB) using the luciferase assay-based high throughput screeening system. As a result, we found some organic compounds (ex, Desipramine, Rottlerin) not only enhancing the activity of FoxO3a, but also reducing the phosphorylation levels of tau protein. In addition, we discovered for the first time TPRP (tau propagation regulatory protein) protein, which participates in tau spreading, and its expression is dependent on neuroinflammation in neurons. Also, we found out that palmitoyl-L-carnitine increased in the serum of elder mice aggravates tau pathology through increasing the phosphorylation of tau along with mitochondrial fission. Among the findings, organic compounds (ex, Desipramine, Rottlerin) reducing the phosphorylation levels of tau protein could be used for the preventive drugs for tauopathy including AD. In case of TPRP, TPRP protein could be an effective preventive and therapeutic target for dementia. Palmitoyl-L-carnitine increasing in the serum of elder mice will provide a novel pathological marker(s) for early dementia diagnosis, addressing the current lack of effective treatment. Together, our results in this study provide insights of early diagnostic, preventive and therapeutic strategy for tauopathy including AD.