nornicotine이 주로 관여
스크립스연구소 Tobin J. Dickerson 박사와 Kim D. Janda 박사(화학)는 “중추신경계(CNS)에서의 니코틴 주요 대사산물인 노르니코틴을 근간으로 하는 그리코실화 과정 중 in vivo에서의 단백질 이소성 그리코실화에 관여하는 것으로 나타났다”고 Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS 100:8182-8187)에 발표했다.
박사팀은 또 “AD의 병리와 관계가 있는 노르니코틴을 근간으로 하는 그리코실화의 의외의 가능성”에 대해서도 자세하게 설명하고 있다.
박사팀은 “노르니코틴은 공유결합에 의해 β아밀로이드 펩타이드(Aβ)를 변질시키고, 펩타이드의 응집능력을 저하시킨다. 이 반응 캐스캐이드(cascade)의 결과로 인해 플라크의 형성이 줄어들거나 펩타이드의 클리어런스가 변화, 나아가 가용성 Aβ응집물의 독성이 약해질 가능성이 있다.
앞에서 설명한 소견은 AD에서 니코틴에 의한 신경보호 작용에 지금까지와는 다른 기전과 그리고 공유결합 화학에 근거하여 아밀로이드의 구조를 바꾸는 수단을 제시하는 것”이라고 한다.
파킨슨병에도 관여
이 연구에서는 단백질의 그리코실화 외에도 작은 분자를 이용하여 아밀로이드 단백질의 응집을 억제하기 위한 기전이 나타나 있다.
Janda 박사팀은 “흥미로운 점은 이 작용 기전을 통해 잠재적으로 독성이 있는 가용성 응집물의 신경독성을 우선적으로 변질시킬 수도 있다”고 지적한다.
박사팀은 또 “이번 소견은 AD 외에 다른 질환에도 관여할 가능성이 있다. 니코틴을 근간으로 하는 그리코실화는, 파킨슨병(PD) 등 다른 질환에서도 발생하는 아밀로이드 플라크를 형성시키는 것 같다”며 “니코틴 및 노르니코틴 양쪽에 동반한다고 알려진 독성 및 정신활동성에서 볼 때 결국에는 이러한 물질 어떤 것과 비교해도 양호한 안전성을 나타내며, 게다가 Aβ를 변질시킬 수 있는 물질을 분류하는 것이 유용하다는 사실을 보여준다”고 말한다.
박사는 인터뷰에서 “노르니코틴의 독성은 니코틴의 3분의 1 정도”라고 지적했다.
공유결합이 열쇠
노르니코틴과 β아밀로이드의 상호작용을 관찰한 결과, β아밀로이드 조각인 Aβ12-28를 이용한 펄스필드 그라디언트(pulse field gradient, PFG) 자기 공명 스펙트로스코피가 채택되었다.
Janda 박사팀은 노르니코틴 및 글루코오스를 β아밀로이드 단백질과 함께 보온(保溫)하여 단백질 플라크의 형성이 얼마나 감소되는지를 관찰했다.
박사팀은 “24시간 후에는 노르니코틴의 약 10%가 β아밀로이드 단백질과 결합했지만, 이것은 아마 비 공유결합 기전에 의한 것으로 보인다. 그러나, 좀더 보온을 계속시키자 결합량은 총 노르니코틴의 16%까지 증가했다. 이것은 노르니코틴의 방향환(芳香環)의 공명에 대해 관찰된 확산 계수의 변화를 통해 확실하게 인정할 수 있다”고 말했다.
이어 박사팀은 “아밀로이드 펩타이드와 노르니코틴의 상호작용”을 검토하기위해 “노르니코틴의 알칼로이드 중심 부분에 공간적으로 근접하는 펩티드 측쇄를 관찰하기 위한 시도”로서 NOESY법을 실시했다.
박사팀은 이 데이터를 분석하여 “노르니코틴의 피롤리딘환(pyrrolidine ring)과 펩티드의 사이에 명확한 상호작용이 있다”는 사실을 밝혀냈다.
자기공명 및 NOESY법에서 얻어진 데이터를 종합해 보면, 노르니코틴과 아밀로이드 펩타이드 사이에서의 공유결합에 의한 상호작용이 강하게 나타난다.
노르니코틴에서는 대개는 교차 피크가 나타나지만, β아밀로이드(Aβ12-28)를 글루코오스 및 노르니코틴과 함께 보온할 경우에는 NOESY 스펙트럼에서는 교차 피크는 나타나지 않았다.
박사는 “이 소견은 노르니코틴과 아밀로이드 펩타이드의 상호작용이 공유결합 기전이라는 사실을 확실하게 보여주는 것”이라고 말한다.
Janda 박사팀은 “현재로서는, 니코틴은 AD에서 신경보호약제로 작용한다고 알려져 있으나 상당히 논란이 되는 연구 분야다. 이 작용의 성질에 관한 가설은, 니코틴 수용체 결핍의 상향조절(up regulation)에서부터 나선상의 β아밀로이드 구조에 대한 니코틴의 우선적인 비 공유결합까지 광범위에 걸쳐 있다. 이번 연구에서는 이러한 현상이 친화합물(1개 이상의 유도체 기본이 되는 화합물) 자체가 아니라 니코틴 대사 산물에 의존한다고 알려져 있다, 지금까지와는 다른 기전이 제시된 것으로 보인다”고 말한다.
박사팀은 이미 “니코틴이 수성 알돌(aldol) 반응을 촉매시켜, 노르니코틴을 근간으로 한 그리코실화에서 알려진 과정을 통해 in vivo 및 in vitro에서 단백질의 이소성 그리코실화에 관여할 가능성이 있음”을 보여주고 있다.
또한 박사의 연구실에서는 “이 과정에서 작용하는 기전 중 1개가 노르니코틴에 의한 라이신(lysine)측잔기의 공유결합에 의한 수식이라는 점”을 밝히고 있다.