치매 중 가장 비중이 높은 알츠하이머병은 '아밀로이드 베타 단백질'과 '타우 단백질'이 뇌의 신경조직에 비정상적으로 쌓여 발생한다. 이 두 가지 알츠하이머병 ‘원인 단백질’의 상호작용과 비중을 분석하는 방법을 컴퓨터 과학과 수학을 이용해 개발했다는 연구 결과가 나왔다.스페인 바르셀로나의 폼페우 파브라대(UPF) 연구팀은 알츠하이머병의 두 가지 원인 단백질인 아밀로이드 베타와 타우의 상호작용과 신경세포 역학에 미치는 영향을 분석하는 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다. 알츠하이머병의 정확한 진단과 정밀 치료에 도움이 될 것으로 기대된다.

지금까지 알츠하이머병의 원인에 대한 연구는 아밀로이드 베타 단백질이 신경세포 역학에 미치는 영향을 분석하는 데 집중됐다. 아밀로이드 베타와 타우의 복잡한 상호작용에 대해선 자세히 살펴보지 않았다.

연구의 제1 저자인 구스타보 파토우 박사(컴퓨터신경과학)는 “컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 시험방법(인실리코 시뮬레이션) 기반 모델을 이용하면, 실제 환자에게 적용하지 않아도 알츠하이머병을 연구할 수 있다”고 말했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 가설을 세우고 테스트할 수 있으며, 병에 대한 정보와 새로운 지식을 얻을 수 있다. 알츠하이머병 진단 과정과 치료법을 개선하는 새로운 생체표지자(바이오마커)의 설계를 연구하는 토대가 마련된 셈이다.

알츠하이머병에 대한 의학적, 생물학적 지식에 뿌리를 둔 수학적, 계산적 도구는 병의 진화를 연구함은 물론 병의 진행을 늦추는 데도 도움이 될 것으로 연구팀은 내다봤다. 연구의 공동 저자인 구스타보 데코 박사(뇌인지센터)는 “알츠하이머병의 두 가지 원인 단백질이 알츠하이머병 환자의 신경세포 흥분 상태와 억제 상태 간 균형을 어떻게 바꾸는 지 보여줄 수 있게 됐다”고 말했다.

연구팀에 의하면 알츠하이머병의 초기 단계에서는 아밀로이드 베타 단백질이 더 많이 축적돼 이 병에 미치는 영향이 가장 크다. 하지만 알츠하이머병이 더 진행된 단계에서는 타우 단백질의 농도가 높아져 이 병에 미치는 영향이 더 커질 수 있다. 두 단백질은 모두 신경세포의 흥분 상태와 억제 상태 간 균형을 변화시켜 알츠하이머병 환자의 인지기능을 낮춘다. 이런 불균형은 동물 연구와 사후 인간 검체에선 입증됐지만, 알츠하이머병 환자에 대한 증거는 부족했다. 신경영상 기술로는 신경세포의 흥분 및 억제 활동을 직접 측정할 수 없기 때문이다.

그러나 수학적 도구와 컴퓨터 시뮬레이션 도구를 이용한 ‘전뇌 모델링 기법’(인실시콘 시뮬레이션 기법)을 적용하면 두 가지 원인 단백질이 신경세포의 흥분, 억제 불균형에 미치는 영향을 실제로 측정할 수 있다. 연구팀은 알츠하이머병의 ‘신경영상 이니셔티브 데이터베이스(DB)’에서 얻은 경험적 데이터를 활용했다. 이 데이터는 55~90세 알츠하이머병 환자를 대상으로 산출됐다.

이 연구 결과는 ≪알츠하이머병 치료 및 연구(Alzheimer’s Research & Therapy)≫ 저널에 실렸다.

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