연세대 생명공학과 강혜진 교수 연구팀이 통증을 효과적으로 억제하는 새로운 기술을 개발하여 해당 연구 내용을 세계적인 생물학 학술지 『Cell』(IF.45.5)에 12월 3일 자로 발표했다. 이 연구는 미국 노스캐롤라이나대학교의 Bryan Roth 교수 및 Grégory Scherrer 교수 연구팀과 국제공동연구로 이루어졌다.

통증 억제를 위한 혁신적 유전자 치료법 개발

통증은 자극에 반응하고 손상을 막기 위한 신체의 방어 기제로 작용하지만, 신경 손상이나 감염 등으로 인해 심각한 만성 통증으로 이어질 수 있다. 이에 이번 연구는 새로운 화학유전학적 도구를 개발한 뒤 이를 이용해 쥐 모델에서 급성 통증과 염증성 통증을 차단한 것으로, 만성 통증 치료를 위한 유전자 치료로 발전할 가능성을 제시했다. 구체적으로, 이 도구를 바이러스를 통해 통증을 감지하는 뉴런에 전달한 뒤 비활성 약물을 투여해 뉴런의 활동을 억제함으로써 통증을 효과적으로 차단하였다.

신경세포를 '켜고 끄는' 기술, 화학유전학

이 방식은 비활성 합성 화합물에만 반응하도록 설계된 인공 단백질 수용체를 이용하는 기술로, '디자이너 약물에만 활성화되는 디자이너 수용체(DREADDs)'라고 불리며, 분자적인 잠금장치처럼 작용해 특정 약물이 도입되었을 때만 해당 세포를 활성화시키거나 억제시키는 기술이다. 이 기술을 통해 신경세포를 선택적으로 '켜거나 끌’ 수 있어서, 연구자들이 특정 신경세포를 선택적으로 활성화하거나 억제할 수 있는 강력한 도구로 발전했다.

만성 통증 치료를 위한 잠재적 유전자 치료

말초 신경계(PNS)는 감각 전달, 근육 운동, 자율 기능을 담당하며, 통증 신호를 중추 신경계(CNS)로 전달하는 역할을 한다. 강혜진 교수 연구팀은 비타민 B3(니아신) 수용체인 HCA2를 변형해 비활성 약물 FCH-2296413에만 반응하는 시스템인 'mHCAD'를 개발했다. 이 시스템은 통증 신호를 전달하는 신경세포의 활동을 억제해 통증을 효과적으로 차단시킬 수 있다는 점이 확인되었다.

미래 전망

이번 연구는 말초 신경계 연구와 질병 치료를 위한 새로운 표적을 제시하는 데 중요한 기여를 할 것으로 보인다. 연구팀은 이 기술이 감각 신경 연구 뿐만 아니라 골관절염, 류마티스 관절염, 만성 요통과 같은 질환 등 다양한 신경계 질환 치료에 활용될 가능성이 높다고 평가하고 있다.

이 연구는 한국연구재단의 신진연구자사업, 국제 선도연구센터 기초의과학분야, 바이오의료기술사업, 신진인프라사업 그리고 산업통상자원부의 한국산업기술진흥원 지원을 받아 수행됐으며, 조민정 석박통합과정생(공저자)이 함께 참여했다.

[논문 그림 설명: 말초 신경 특이적 화학유전학(HCAD) 플랫폼 설계와 이를 활용한 말초 신경 조절 및 동물 모델 통증 억제 연구]

(논문 정보)

1. 논문명: Structure-guided design of a peripherally restricted chemogenetic system

2. 논문 주소: https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01275-3