후천적으로 눈이 먼 사람 망막의 시력을 회복시키려는 광유전학 연구

눈에서 빛을 감지하는 세포인 광수용체가 지속적으로 악화되어 발생하는 유전적 시각장애가 있습니다. 전세계적으로 수백만 명의 사람들이 이러한 장애로 고통을 받고 있습니다. 그러나 광수용체가 손상되어도 망막의 깊은 쪽에 위치하며 빛을 감각하지 못하는 세포는 온전한 상태를 유지하고 있습니다. 이번 연구는 광유전학 기술을 바탕으로 이에 대한 해결책을 찾고 있습니다. 광감지 능력이 있는 단백질을 손상되지 않은 막망 세포에 주입하여 시력을 회복하게 하려는 새로운 기법입니다.

학술지 'Journal PLOS Biology'에 게재된 van Wyk 연구팀의 결과입니다. 광유전 단백질을 의학적으로 적용하기 위해 연구하였습니다. 들어오는 빛과 이를 감각하는 세포와 최종적으로 뇌까지 신호를 보내는데 필요한 방법들을 연구하였습니다.

이를 위해 'Opto-mGluR6'라는 광감지 단백질에 관심을 가졌습니다. 이것은 망막의 광색소 멜라놉신(melanopsin)의 빛을 감지하는 영역과 글루타메이트 수용기(ON-bipolar cell-specific metabotropic glutamate receptor)인 mGluR6로 구성된 단백질(chimeric protein)입니다. mGluR6는 광수용체에서 방출된 글루타메이트에 의해 자연적으로 활성화되는 수용기입니다. 세포 내의 효소 경로를 통해 입력 신호를 증폭하는 역할을 합니다.

망막의 막대 모양의 간상세포에 함유되어 있으며 붉은 빛을 감지하는 단백질인 로돕신(rhodopsin)과는 다르게, 멜라놉신의 '광 안테나'는 빛의 블리칭(bleaching)에 저항성을 가집니다. 즉 Opto-mGluR6의 반응 강도는 단백질이 빛에 얼마나 자주, 강하게 노출되는지 상관없이 절대로 약화되지 않습니다. 또한 Opto-mGluR6는 두 개의 기존 망막 단백질로 구성된 키메라 단백질이기에 면역 시스템의 위협에서 안전합니다.

연구팀은 광수용체로부터 신호를 자연적으로 받는 양극성 망막 세포를 이용하였습니다. 신호 전달을 최대한 활용하기 위해 눈의 가장 위쪽 끝부분에 위치한 살아있는 세포를 대상으로 하였습니다. 원래 있던 화학적 수용체인 mGluR6를 빛에 작동하는 수용체로 바꾸었습니다. 이를 통해 양극성 세포의 신호전달 체계가 보존할 수 있었습니다. 높은 빛 감지 성능과 '정상' 속도의 빠른 반응성을 얻었습니다.

연구팀은 망막색소변성증(Retinitis pigmentosa)이 있는 쥐에게 적용하여 결과를 검증하였습니다. 이번 연구 결과는 광수용체 악화로 인한 시력저하를 겪고 있는 환자에게 도움이 될 치료법 개발에 도움이 될 것입니다. 연구진은 노인 10명의 한 명에게 발생하는 아주 흔한 노화성 질병인 황반변성(macular degeneration)의 치료법 개발에도 도움이 될 것이라 설명하고 있습니다.