고대로부터 우리 인간은 생물의 독을 이용하려고 노력해 왔다. 해파리는 독을 가지고 있는 대표적인 바다생물이다. 해파리의 독은 벌독이나 뱀독과 마찬가지로 단백질독이다. 단백질의 설계도는 유전자이므로, 유전체 정보를 분석하면, 단백질 정보를 얻을 수 있다. 

   이 점에 착안하여, 한국해양과학기술원에서는 노무라입깃해파리, 말레이해파리, 작은상자해파리의 유전체 정보를 분석하여, 해파리의 증식조절 기구와 독 단백질의 유전자 정보를 확보했다.

유전체 정보를 확보한 해파리들. 좌로부터 노무라입깃해파리, 말레이해파리, 작은상자해파리                                  Ⓒ한국해양과학기술원

   이후 이들 정보로부터 신경계에 작용할 것으로 예상되는 독 단백질들의 정보를 얻어내고, 이들 중 일부를 합성하여 기능 분석을 수행하였다. 그 결과 다수의 펩타이드1)가 자가면역질환을 유발시키는 칼륨이온채널2)의 활성화를 억제한다는 사실을 발견하였다. 

1) 12-50개의 아미노산으로 이루어진 저분자의 단백질성 물질. 

2) 세포막에 존재하면서 막 전압에 따라 세포막이 열리고 닫히면서 칼륨의 통과를 조절하는 막 단백질임. 인간 T세포에서 칼륨이온채널의 활성화는 자가면역질환을 유발하며, 

칼륨이온채널 차단에 의한 치료 효과가 각 질환의 동물 모델에서 검증되었음

   다발성 경화증, 류마티스 관절염, 제1형 당뇨병, 건선, 염증성 장 질환, 접촉 매개성 피부염, 건선성 관절염, 천식 등을 포함하는 자가면역질환이 인간 T세포의 칼륨이온채널의 활성화와 연관되어 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 이들 펩타이드들은 해당 질병의 치료 또는 완화에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

 노무라입깃해파리 독소의 칼륨이온채널 활성 억제 효과                                                     ⒸMar. Drugs 2004, 22, 217 

   또 이 독소들이 치매의 원인 물질로 알려진 아밀로이드 베타 플라크(Amyloid-β plaque)의 형성을 억제하는 것을 발견하였다. 즉, 세포실험과 동물실험을 통해 ‘말레이해파리’의 독소인 ‘SMA_04088-2’와 작은상자해파리의 독소인 ‘CBRV1-04369’가 아밀로이드 베타의 올리고머화3)와 섬유화4)를 저지하여, 치매의 원인으로 알려져 있는 아밀로이드 플라크의 형성을 막는다는 사실을 확인하였다. 

3) 아밀로이드 베타가 축적되면 아밀로이드 올리고머가 되고, 올리고머가 모여 아밀로이드 섬유가 됨

4) 아밀로이드 섬유들이 모여 아밀로이드 플라크가 됨

                  말레이해파리 독소 SMA_04088-2의 아밀로이드 올리고머화 저해(왼쪽) 및 아밀로이드 섬유화 저해(오른쪽) 효과                       

                                                                                           Ⓒ대한민국특허 10-2565470 

  왼쪽 그림의 X축은 처리시간, Y축은 뇌 신경세포가 손상되어 발생하는 치매의 원인인 아밀로이드 올리고머 형성 저해율을 나타내는데, 말레이해파리의 독단백질에서 추출한 펩타이드 SMA_04088-2를 아밀로이드 베타에 처리했을 때 2시간 이내에 아밀로이드 올리고머 형성률이 40% 이하로 낮아지는 모습을 볼 수 있다. 여기서 아밀로이드 올리고머는 아밀로이드 플라크의 주성분인 아밀로이드 베타가 축적되어 형성된 물질이다. 

  오른쪽 그림의 X축은 처리시간, Y축은 아밀로이드 섬유의 양을 나타내는 형광도로 말레이해파리 독단백질에서 추출한 SMA_04088-2를 아밀로이드 베타에 처리했을 때 아밀로이드 섬유의 형성이 50% 이상 저해되는 모습을 볼 수 있다.(보라색) 

작은상자해파리 독소 CBRV1-04369의 아밀로이드 올리고머화 저해(왼쪽) 및 아밀로이드 섬유화 저해(오른쪽) 효과

                                                                                                       Ⓒ대한민국특허 10-2565471 

   작은상자해파리 독단백질에서 추출한 펩타이드 CBRV1-04369 역시 아밀로이드 베타에 처리하면 2시간 이내에 아밀로이드 올리고머 형성률이 40 %이하로 낮아진다. (왼쪽 그림) 오른쪽 그림의 결과 역시 CBV1-04369를 아밀로이드 베타에 처리하면 아밀로이드 섬유의 형성이 80% 이상 저해되는 것을 볼 수 있다. (보라색)

   전 세계적으로 고령화가 급속화게 진행됨에 따라 치매 등 노인성 질환의 예방과 치료에 대한 관심이 급증하고 있는 가운데, 이번 연구 결과를 바탕으로 후속연구를 진행한다면 치매 개선제 또는 치료제로 개발될 수 있을 것으로 기대된다.

염승식

이학박사

한국해양과학기술원 책임연구원

과학기술연합대학원 대학 KIOST 스쿨 교수(전임)

대한독성유전단백체학회 회장 역임

대한환경경위해성보건과학회 회장(현)