[면역] 요로감염을 막는 천연 단백질 Uromodulin

요로 감염을 잘 극복하는 사람들은 uromodulin이라는 단백질을 잘 생산하기 때문이라고 한다. 최근 연구에 의하면 이 단백질이 우리몸에서 자연적으로 생산되어 어떻게 요로감염이라는 고통스러운 염증을 치료하고 예방하는 데 도움이 되는지 밝혔다.

 

방광염을 앓아본 적이 있는 사람이라면, 요로감염이 얼마나 신경 쓰이고 고통스러운지 알 것이다. 항생제로 대개는 잘 치료가 되지만, 만약 치료하지 않는다면 치명적일 수도 있다. 보통 요로감염균인 E.coli가 원인이 되며, uromodulin이라고 하는 몸에서 생산되는 천연 단백질을 이용해 감염을 피하기도 한다. 약 70%인구는 이 보호 단백질을 충분히 생산해내는 유전자를 가지고 있어, 요로 감염에 걸릴 확률이 아주 작다.

 

지금까지는 이 uromodulin이 어떻게 염증을 예방하는지에 대한 이해가 부족했었는데, 이번연구를 통해 uromodulin의 모양과 이 단백질이 요로감염균인 E.coli를 어떻게 중화시키는지에 관한 그동안의 의문이 어느 정도 풀렸다. 이 연구결과는 최근 Science 논문에 실렸으며, 이 결과를 토대로 앞으로 요로 감염의 새로운 치료전략을 구사하는데 큰 도움이 될 것으로 보인다.

 

 

작용기전에 대한 연구

연구자들은 이 단백질이 어떻게 박테리아의 섬모에 달라붙는지 분자수준에서 관찰했다. 연구결과, 박테라아의 섬모는 uromodulin의 표면에 존재하는 어떤 당 체인을 인지해서 매우 쉽고 강하게 결합한다.

 

연구진이 uromodulin을 3차원으로 관찰할 수 있는 이미지 구현 기술인 Cryo-electron 단층 촬영을 사용하여 관찰한 결과, uromodulin은 긴 필라멘트를 생성하여 약400개의 개별 단백 분자가 서로 달라붙게 한다. 이 단백 체인의 개별 링크는 박테리아의 섬모와 결합하기 아주 쉬운 특정 형태의 당 체인을 포함한다.

 

이번 연구는 여러 기관이 협력 연구를 통해 이루어낸 성과로, Cryo-electron 단층 촬영은 방광염의 주범인 병원균인 E.coli균의 특성이 갖는 영향을 대규모로 조사하기 위해 연구팀이 선택한 기술이다. Uromodulin 필라멘트가 병원균을 감쌀 때, 하나의 uromodulin의 필라멘트는 여러 개의 박테리아 섬모와 도킹할 수 있다. 일단, 균이 이와 같은 방법으로 차폐되면, 더 이상은 요로에서 세포와 결합할 수 없어 감염을 일으키지 못한다. 광학 현미경 상에서, 수 백개의 uromodulin 필라멘트와 E.coli세포의 형성이 관찰되었는데, 이는 소변으로 간단히 배출되는 것으로 추정된다.

 

마지막으로, 연구원들은 그들이 실험실에서 관찰한 모든 과정이 환자에게서 실제로 일어나는 지 확인했다. 쮜리히의 어린이 병원에서 감염환자의 소변샘플을 제공받아 분석했는데, 동일한 uromodulin과 병원균의 상호작용이 관찰되었다.

 

박테리아(갈색), 섬모(오렌지)는 항상 uromodulin 필라멘트 (파란색)과 밀접하게 연관되어 있다.

 

치료 및 약물 개발의 방향

이번 연구는 요로 감염이 항생제를 사용하지 않고도 예방과 치료가 가능함을 보여준다. 지금까지는 환자들에게 대장균 박테리아가 요로 세포에 붙는 것을 막기 위한 방법으로 만노스를 포함한 복합제제를 종종 투여해왔다. 그런데, 이번 연구로 박테리아의 섬모는 만노스 뿐만 아니라 uromodulin에 존재하는 다른 당들도 인식할 수 있다는 것이 밝혀졌으며, 이것은 다양한 당류 첨가물을 결합시킨 치료제가 그 동안 알고 있던 것보다 더욱 효과적일 수 있음을 암시한다.

 

이 연구로 새로운 활성물질을 찾는 노력이 활성화 될 것이다. 요로감염균인 대장균은 uromodulin과 결합할 때처럼, 뇨관의 세포 표면 위에 있는 당류 체인에 자신을 부착시키기 때문에 제약사들은 이 상호작용을 막을 새로운 활성물질을 찾으려고 노력할 것이다. 그런데, 그 물질은 uromodulin이 대장균에 붙어 보호작용을 하는 것을 방해할 위험성도 동시에 가질 수 있다. 치료와 동시에 자연적인 보호기능을 방해한다면 매우 바람직하지 않은 부작용이 될 것이기 때문에 이를 고려해야 한다. 그러나, 이번 연구팀의 분석에 의하면, 박테리아와 uromodulin 사이의 결합은 매우 안정적이어서 활성물질에 의해 깨지기 어렵다고 한다. 이 점은 불쾌한 요로 감염을 준비하기 위한 치료법을 찾는데 중요한 요소가 될 수 있을 것이다.

 

실제로 요로감염은 여성에게서 잘 일어나며, 유전적 성향으로 인해 요로 감염이 더 잘 발생하고 재발되는 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서 밝혀진 uromodulin의 유전적 발현 정도가 감염과 연관이 있는 것도 이를 증명하는 하나의 요소가 될 수 있을 것이다. 또, 항생제 치료로 잘 낫지 않는 방광염의 치료와 예방에 대장균의 섬모와 잘 결합할 수 있는 다양한 당류를 활용해 본다면 앞으로 좋은 성과를 기대해 볼 수 있을 것이다.

 

 

Science, 2020; eaaz9866 DOI: 10.1126/science.aaz9866

 

 

 

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