α-Synuclein Seeding Activity in Fixed Antemortem Skin Biopsies From Patients With Synucleinopathies

파킨슨병, 루이소체 치매, 다계통 위축증과 같은 퇴행성 신경질환은 공통적인 파괴적 특징을 공유하는데, 바로 알파-시누클레인(alpha-synuclein)이라는 단백질이다. 건강한 뇌에서 이 단백질은 정상적인 기능을 수행하지만, 이러한 질환이 발생하면 단백질이 잘못 접히고 서로 뭉쳐 독성 응집체를 형성한다. 이 덩어리들은 마치 전염되는 씨앗처럼 작용하여 한 세포에서 다른 세포로 퍼져나가며, 결국 뇌세포를 기능 부전 상태로 만든다. 수십 년 동안 의사들은 이러한 질환을 진단하기 위해 임상 증상에 의존해 왔으나, 확정적인 확인은 대개 환자가 사망한 후 뇌 조직을 검사해야만 가능했다. 그러나 최근 과학자들은 이 해로운 단백질 덩어리가 뇌에만 국한되지 않고 피부에서 발견되는 미세한 신경 섬유를 포함한 말초 신경계에도 축적된다는 사실을 발견했다. 이러한 깨달음은 덜 침습적인 검사의 길을 열어주었으며, 연구자들이 작은 피부 샘플을 통해 살아있는 환자에게서 이러한 질병 표지를 찾을 수 있게 해주었다.

하지만 문제는 피부 속의 이 독성 단백질 양이 매우 적어서 표준 염색법으로는 관찰하기에 너무 희미한 경우가 많다는 점이었다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 '씨앗 증폭 분석법(seed amplification assay)'이라 불리는 기술을 개발했다. 물 한 양동이에 잉크 한 방울을 떨어뜨린다고 상상해 보라. 그것은 거의 보이지 않을 것이다. 하지만 만약 그 한 방울이 양동이의 물 전체를 잉ک로 바꿀 수 있는 물질을 포함하고 있다면, 당신은 그것을 쉽게 감지할 수 있을 것이다. 이것이 바로 이 분석법이 하는 일이다. 이 방법은 아주 작은 피부 샘플을 채취한 뒤, 존재하는 독성 단백질 씨앗이 빠르게 증식하여 측정 가능한 수준의 신호를 만들어낼 수 있는 적절한 조건을 제공한다. 이 방식은 신선하거나 냉동된 피부 샘플에는 효과적이었지만, 의료 기록의 방대한 저장소 역할을 하는 피부 생검 조직들은 화학적 고정액에 의해 보존되어 있다. 이러한 고정된 샘플들은 병리 검사실의 표준이지만, 화학적 처리 과정이 연구자들이 찾고자 하는 바로 그 씨앗을 파괴할 것인지 여부는 불분번한 상태였다.

연구팀은 병원에서 표준적으로 사용되는 보존제인 파라포름알데히드(paraformaldehyde)로 고정된 피부 샘플에서도 이 단백질 씨앗의 활성을 여전히 감지할 수 있는지 확인하기 위해 이 질문에 답하고자 연구를 시작했다. 그들은 파킨슨병, 루이소체 치매 또는 다계통 위축증 진단을 받은 환자들과 건강한 대조군으로부터 얻은 피부 생검 절편들을 모았다. 연구팀은 최적화된 버전의 증폭 테스트를 이 고정된 조직들에 적용했다. 그들은 먼저 독성을 띠는 인산화된 형태의 단백질이 실제로 피부의 신경 섬 de에 존재하는지 확인했는데, 이는 신경의 녹색 윤곽 옆에 붉은 신호로 나타났다. 그 다음, 연구팀은 고정된 조직 샘플을 반응 혼합물에 투입하여 이들이 증폭 과정을 유도할 수 있는지 확인했다.

결과에 따르면, 고정된 조직은 씨앗으로서의 능력을 유지하고 있었으나, 그 과정은 신선한 조직보다 약간 더 느리고 강도가 약했다. 이 특정 환자군에서, 이 테스트는 파킨슨병 사례의 70%, 루이소체 치매 사례의 80%, 그리고 다계통 위축증 사례의 80%에서 독성 씨앗의 존재를 성공적으로 식별해 냈다. 건강한 대조군 그룹의 경우, 테스트는 80%의 개인을 음성으로 정확히 판별하여, 즉 이들이 질병을 가진 것으로 잘못 표시하지 않았다. 연구진은 또한 테스트의 신호 강도가 환자의 병세와 일치하는지 조사했다. 그들은 더 강한 신호가 표준 등급 척도로 측정된 운동 장애의 진행 단계와 연관이 있음을 발견했으나, 신호가 인지 점수나 현미경으로 보이는 단백질의 양과는 명확한 연관성을 보이지 않는다는 점도 발견했다.

이 연구는 피부 조직의 화학적 보존이 독성 단백질 씨앗의 생물학적 활성을 지우지 않는다는 것을 보여준다. 이는 의료 기록 보관소에 이미 저장되어 있는 고정된 피부 생검 샘플들을 이제 이 강력한 새로운 도구를 사용하여 재검토할 수 있다는 점에서 중요한 발견이다. 이를 통해 과학자들은 동일한 조직 조각으로부터 두 가지 다른 유형의 정보, 즉 단백질이 위치한 곳에 대한 시각적 지도와 그 단백질이 얼마나 활발한지에 대한 기능적 측정을 얻을 수 있다. 비록 이 연구가 선택된 환자 그룹을 대상으로 수행되었기에 아직 일반 인구를 위한 독립적인 진단 도구로 사용될 수는 없지만, 이 방법이 고정된 샘플에서도 작동한다는 것을 입증했다. 보존된 조직에서 이러한 씨앗을 감지할 수 있는 능력은 질병의 역사를 연구하는 새로운 방법을 제공하며, 연구자들이 질병의 병리학이 시간이 지남에 따라 어떻게 퍼지고 진화하는지 더 잘 이해하도록 도울 수 있다.