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산화적 스트레스에 의한 신경세포 손상 기전

[산화적 스트레스에 의한 신경세포 손상 기전]세포는 포도당으로부터 ATP의 형태로 에너지를 얻기 위해 해당과정, TCA회로, 전자 전달계 등 여러 단계의 산화 과정을 거치는데 전자 수용체로 산소가 사용된다. 이 과정에서 산소는 전자의 운반을 위해 주변 분자들로부터 전자를 빼앗아 활성산소가 되는데 전자를 많이 가지고 있기 때문에 반응성이 크며 매우 불안한 상태이다.반응성이 높은 활성산소는 활성산소종(ROS, reactive oxygen species)이라 부르며 세포에 damage를 주기가 매우 쉽다. 하지만 너무 위험하기만 한 것은 아니고 건강한 정상 세포는 대부분 세포 내에서 발생한 이후에 분해되는데, 이 사이클에서 불균형이 생길 때 일시적으로 또는 지속적으로 세포 내에 활성산소가 축적되게 되는것이다. 세포 내에 활성산소가 순환되지 못하고 과다하게 축적되어 damage를 얻고 있는 상태를 산화적 스트레스(oxidative stress)라 부르고 활성산소는 단백질, 지질, 핵산을 포함한 세포의 모든 구성요소들에 damage를 입힌다.활성산소는 산화-환원 신호전달 과정에서 전자 운반 수용체로만 작용하는 경우가 대부분이지만 외부 미생물에 의해 감염되었을 경우 면역세포에서 다량 생산되어 세균 감염을 제어하는 숙주세포 방어 기작으로 작용하기도 하고, 최근에는 활성산소가 세포에 damage를 주면 세포가 괴사하는 기작을 이용하여 암 세포의 미토콘드리아 외막을 붕괴시키고 활성산소의 농도를 높여 이로 인해 발생한 산화적 스트레스가 암 세포를 사멸하게 만드는 치료 방법을 연구중이다.미토콘드리아의 기능에 장애가 발생하여 받은 산화적 스트레스로 인해 결국에는 세포들이 하나 둘 씩 사멸하고 체내에는 여러가지 질병들이 발생하게 되는데, 체내의 여러 기관들 중에서도 뇌는 특별히 산화적 스트레스에 의한 산화적 손상을 잘 입는다. 뇌가 신체 전체 산소 소비량의 20%를 소비할 정도로 많은 양의 산소를 소비하기 때문이다.산화적 스트레스가 주요 병인으로 작용하는 뇌의 신경 퇴행성 질환에는 알츠하이머성 치매, 파킨슨 병, 허혈성 뇌졸중 등이 있으며 이 병들이 발병하기까지 여러 세포 소기관들에서 이상이 발생한다.-DNA : 텔로미어 마모, 핵산 절단 등 유전자의 후성학적 변형-수상돌기 : 시냅스 손상, 뉴런간 소통장애, 변형된 신호 전달-엑손 : 엑손 손실, 뉴런 전도율 감소, 수초의 해체-미토콘드리아 : 항산화 효소의 감소, mtDNA 돌연변이 증가, OXPHOS 감소-퍼옥시좀 : 항산화 기능 장애-소포체 : 단백질 항상성 유지 실패-리소좀 : 비정상적 에너지 대사 작용세포 소기관의 이상 외에도 redox 균형 유지에 관여하는 인자들, 신경세포 내금속의 축적, 체내에서 항산화제 역할을 하는 글루타치온(GSH)의 대사 정도 등 산화적 스트레스에 의해 신경세포의 이상을 일으키는 원인은 다양하게 존재한다.- 알츠하이머성 치매알츠하이머성 치매는 점진적인 인지 기능의 감퇴가 특징이며 발병하는데에는 수 많은 원인들이 있지만 가장 주요한 원인으로는 노인성 반점이라고 불리는 플라크의 축적이 있다. 이 플라크는 환자 해마의 세포 외 공간에서 발견되며 아밀로이드 베타(Aβ, Amyloid-β) 라는 펩타이드로 구성되어 있는데, 대부분의 경우 β-sheet 구조가 많아 서로 엉겨붙어 있다. 이 Aβ가 건강한 뇌에서는 어느정도 용해성 있는 형태로 존재하지만 알츠하이머성 치매 환자의 뇌에서는 뭉쳐진 형태로 발견되어 신경 세포의 기능을 손상시키게 만드는 원인으로 꼽힌다.산화적 스트레스는 알츠하이머성 치매의 초기에 일어나는데 이는 알츠하이머성 치매의 발병에 있어서 Aβ와 산화적 스트레스가 영향을 준다는 사실의 근거가 된다. 실제 알츠하이머성 치매 환자의 해마와 대뇌 피질 내에 Aβ가 증가한 상태가 단백질, 지질, 핵산의 산화 결과물의 증가와 관련이 있으며, Aβ양이 적은 뇌 조직에서는 산화적 스트레스의 반응을 보이는 물질들이 거의 없기 때문이다.산화적 스트레스는 Aβ의 제거와도 관련이 있다. LRP1 단백질은 혈액 뇌 관문(BBB)을 통과하여 독성이 있는 Aβ를 뇌에서 혈액으로 배출시키는 역할을 하는데, Aβ는 자신을 제거시키려고 하는 LRP1 단백질을 지질의 과산화 산물인 4-HNE(4-hydroxynonenal)을 이용해 산화시킴으로써 자신의 제거를 저해한다. LRP1 단백질의 산화는 알츠하이머성 치매 환자들의 해마에서 4-HNE-LRP1이 존재하는 것으로 증명되었다. 치매 환자들의 신경세포에서 4-HNE가 제거하는 단백질은 LRP1 단백질뿐만이 아닌데, 미소관의 움직임을 조절하거나 신경세포의 DNA, RNA를 ROS에 의한 손상으로부터 보호해 주는 역할을 하는 Tau 단백질 또한 알츠하이머성 치매에서 산화적 스트레스로 인해 변형되어 기능을 상실하고 최종적으로 신경세포의 DNA, RNA를 절단되게 되는 결과를 가져오게 된다.- 파킨슨 병파킨슨 병은 60 대에 그 징후가 나타나며 중뇌의 흑질 세포(substantia nigra)가 점진적으로 소실되어 70~80 대에 주로 발병하는 노인성 질환이다.Alpha synuclein, GBA, LRRK2 gene의 돌연변이 유전자로부터 번역된 단백질들이 가공되는 과정에서 protein misfolding이 일어나 Lewy body라는 신경섬유 덩어리를 형성하게 된다. 이 Lewy body라는 신경섬유 덩어리는 흑질 세포에서 관찰되는데 도파민 신경세포에 영향을 끼치는 역할을 한다.

자연과학| 2021.06.14| 5페이지| 3,000원| 조회(300)

알츠하이머, 파킨슨병, 활성산소, 뉴런, ROS

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단백질 의약품의 개발 현황

바이오의약품은 주성분의 종류와 활용 기술에 따라 크게 3가지 세대로 분류할 수 있다. 생물학적 제제(백신, 톡소이드, 항독소, 혈액제제)와 유전자재조합기술 등을 활용하여 생성된 펩타이드 또는 단백질을 유효성분으로 하는 단백질의약품이 1세대 바이오의약품이다. 2세대 바이오의약품은 특정 항원을 표적으로 질병 세포를 공격하는 항체를 통해 질병을 치료하는 항체의약품이다. 항체의약품을 단백질의약품의 범주에 포함시키기도 하지만 최근에는 별도로 구분하는 추세이며 현재로서는 바이오의약품 중 항체의약품의 비중이 절대적으로 높다. 마지막으로 3세대 바이오의약품은 이제 막 시장이 열리는 분야로 세포치료제와 유전자치료제가 여기에 속한다.

자연과학| 2021.06.08| 2페이지| 1,000원| 조회(139)

단백질 의약품, 단백질 의약품의 개발 현황, 단백질 의약품의 개발

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PTM(Post-translational modification) 종류와 기능 정리 평가D별로예요

PTM 이란 Post-translational modification의 약자로 mRNA를 번역해 생성된 단백질이 활면소포체와 골지체를 통과하며 성숙 단백질이 되도록 활성화되거나, 안정화 처리되거나, 역할에 맞는 위치로 옮겨질 수 있게 화학적인 처리를 받아 변형되는 것을 말한다.-PTM의 종류 및 기능1. 인산화(phosphorylation)가장 보편적이며 가장 많은 단백질의 활성에 기여하는 중요한 PTM의 한 종류로 다양한 유기화합물과 세린, 트레오닌, 타이로신, 히스티딘 등의 기질 단백질에 인산기를 추가하는 반응이다. 인산기를 가수분해하는 인산가수분해 효소(phosphatase)에 의해 탈인산화 되며, 인산화와 탈인산화를 통해 체내에서 여러 단백질의 기능이 조절된다.2. 당화(glycosylation)당화 효소(glycosyltransferase)에 의해 기질 단백질에 당이 결합하는 현상으로 가장 대표적인 당화에는 N-당화와 O-당화가 있다. 면역세포에서의 N-당화는 세포의 이동을 조절할 수 있는데, 피부로 가게 되는 면역세포의 경우 면역 글로불린과 특이적인 당화가 일어나 면역 수용체에 대한 친화력이 조절될 수 있다. 이는 ‘자기’와 ‘비자기’를 구분하지 못하는 자가면역질환을 일으킬 수 있어 체내에서 아주 중요한 기능 중 하나이다.3. 유비퀴틴화(ubiquitination)유비퀴틴 효소(ubiquitin enzyme) 단백질(E1, E2, E3)이 기질 단백질에 결합하면 기질 단백질의 분해, 활성화, 세포 내 위치 변경, 단백질 간 상호작용 촉진 또는 저해 등의 가장 다양한 반응을 유래하는 PTM이다. 여러 반응 중 프로테아좀에 의한 분해 작용이 가장 많이 발생하며, 그 운명은 유비퀴틴 단백질이 연결되는 기질 단백질의 리신 잔기의 위치에 따라 결정된다.4. 수모화(SUMOylation)유비퀴틴화와 유사한 연쇄반응을 하는 듯하지만 단백질 분해작용을 가장 많이 유도하는 유비퀴틴화와 달리 분해작용을 유도하지 않는다는 차이를 보이는 수모화 변형의 주된 기능은 전사조절 억제 유도이다. 그 외에도 세포주기 진행, 세포자살 등이 있다.5. 이황화 결합(disulfide bond)기질 단백질 내 서로 다른 시스테인 2분자의 SH기가 이황화 이성질화효소(protein disulfide isomerase)에 의해 산화되어 결합하는 것을 말하며, 시스테인 2분자가 산화되면 시스틴 결합이 형성된다. 이후 제2차, 3차 구조를 결정하는데 중요한 요인으로 작용한다.6. 아세틸화(acetylation)아세틸기가 붙는 위치에 따라 크게 2가지로 나뉘는데, 기질 단백질의 N-말단에 결합하면 N-아세틸화, 아미노산 리신 잔기에 결합하면 리신-아세틸화 이다. 히스톤 단백질이 리신 잔기에서 아세틸화-탈아세틸화 하며 뉴클레오솜의 구조에 영향을 끼치기 때문에 인산화 만큼 중요하며 작용 메커니즘도 비슷하다.7. 지질화(lipidation)지질 막을 가지는 세포 소기관의 표면 단백질이나 세포 막 단백질에서 잘 관찰되는 반응인데, 대표적인 지질화로는 GPI-anchor가 있다. 이미 N-말단에 신호 펩티드가 결합된 기질 단백질의 C-말단에 지질화 반응이 발생하여 원형질막으로 수송되고 세포 표면에 노출되어 막 단백질의 역할을 하게 된다.8. 메틸화(methylation)기질 단백질의 아르기닌 또는 리신 잔기에서 메틸화하여 아미노산과 뉴클레오티드의 합성 과정에 탄소를 제공하기도 하고 핵산이나 히스톤 단백질의 메틸화를 통해 유전자 조절을 하기도 한다.9. 수산화(hydroxylation)기질 단백질의 리신 잔기가 수산화 되어 hydroxylysine이 생성되는데 이는 체내에서 유사 생장인자의 합성하는 역할을 하고 프롤린 잔기가 수산화 되어 생성되는 hydroxyproline은 체내의 콜라겐과 엘라스틴에 존재하는 성분이 된다.10. ADP 리보실화(ADP-ribosylation)단백질에 ADP-리보실화가 결합되는 반응인데, 가역적이며 불균형에 따라 체내에서 암을 발생시킬 수 있다. 신호전달, DNA 복구, 유전자 발현 조절, 세포사멸 등에 관련된 중요한 단백질들이 ADP-리보실화에 의해 조절된다.11. 아이소펩티드 결합(isopeptide bond)

자연과학| 2021.06.08| 4페이지| 1,500원| 조회(2,671)

생화학, 기초생화학, PTM

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미생물 MIC실험 레포트

미생물은 보통 항생제를 만나게 되면 사멸하거나 생장이 억제된다, 그러나 항생제에 자주 노출되게 되면 빠른 번식을 통해 내성을 가진 다음 세대가 나타나게 되거나 미생물의 다양한 번식 방법에 따라 수평전달 되기도 하는데 어떤 방법을 통해서든 여러 항생제에 대한 내성을 가지게 된 슈퍼 박테리아는 현재 치료약이 없으며 어떤 강력한 항생제에도 저항하는 힘을 가지게 되었다.특히 유해한 세균을 몸에 지닌 아픈 사람들이 많이 모이는 병원은 유해한 병원균도 많은데다가 아주 다양하고 강력한 항생제들까지 사용하는 장소이기 때문에 슈퍼 박테리아에 감염될 확률이 높은 위험한 장소이다.이렇듯 슈퍼 박테리아에게 무적의 힘을 안겨준 내성이라는 현상은 세균이 항생제의 영향을 받지 않고 증식 할 수 있는 능력을 의미하며, 미생물 마다 내성을 가지는 항생물질이 다르고 내성을 갖는 항생물질이라 하더라도 그 농도에 따라 성장의 결과가 달라지기도 한다.이번 실험에서 사용한 E.Coli를 예로 들자면 E.Coli는 Meropenem에 의해 성장이 억제 되지만 Meropenem이 있다고 모두 억제되는 것은 아니고 미생물 양에 따라 항생제에 의해 사멸되거나 생장이 억제되는 지점이 있다. 농도분할을 통해 정확한 그 지점을 찾아내는게 MIC실험이고 그 지점을 항생제의 최저 농도라고 정의한다.96-well plate, E.coli 일반균주, E.coli 내성균주, Meropenem 항생제, 큐빗, 흡광도 측정기, 마이크로 피펫, 팁, 식염수, 실험장갑

자연과학| 2021.06.08| 1페이지| 1,000원| 조회(208)

미생물, 세균, 미생물학

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감염병 조사 레포트

감염병이란 병원성을 가진 외부의 미생물에 의해 숙주가 걸리게 되는 질병을 말한다.감염병이 전파되는 경로는 무생물부터 생물까지 너무나도 다양하지만 캐리어가 되는 미생물에는 세균, 바이러스, 프리온, 기생충 등이 있다. 그 중 감염병을 일으키는 주요한 원인인 병원성 바이러스에 대해 알아보고자 한다.2020년 1월, 새해를 맞이하며 중국 우한시에서 시작된 코로나19는 전 세계를 비롯해 한국에서도 종식될 기미를 보이지 않으며 확진자를 발생시키고 있는데, 이 코로나19는 과거 한국에서도 유행했던 사스, 메르스와 같은 뿌리인 코로나 바이러스(CoV)에서 파생된 형제뻘 바이러스에 의해 발병한다. 2002년 당시 유행한 사스의 공식적인 학명은 SARS-CoV로 공식 학명이 SARS-CoV-2인 코로나19와 거의 형제관계라고 볼 수 있다. 메르스는 공식 학명이 MERS-CoV로 사스만큼은 아니지만 코로나19와 친척 정도는 된다고 볼 수 있다. 호흡기에서 문제를 일으킨다는 공통점이 있으며 현재 사스와 메르스는 확진자를 발생시키고 있진 않지만 모두 같은 바이러스에서 파생되었다는 점을 고려했을 때 또 다른 파생 바이러스가 나올 가능성이 다분하다.또 다른 병원성 바이러스에 의해 발생하는 감염병 중에 아주 유구한 역사를 가진 감염병이 있다. 바로 천연두이다. 천연두는 Variola major와 Variola minor라는 두 가지 바이러스에 의해 발생하는 감염병인데 인간이 최초로 박멸한 병이다. 한국에서도 1960년 이후로 환자가 발생하지 않았고, 전 세계적으로도 1977년 이후부터는 감염자가 발생하지 않고 있다. 천연두 바이러스는 다른 바이러스와는 다르게 다른 동물에게는 감염되지 않기 때문에 전 인류가 백신을 맞음에 따라 바이러스가 살 숙주가 없어져서 이제는 공식적으로 지구상에서 박멸 된 것으로 알려져 있고 이제는 천연두 백신조차 맞지 않는다. 하지만 비공식적으로는 몇몇 국가에서 연구용. 생물학 무기용으로 보관하고 있다고 알려져 있어 논쟁이 지속중이다.천연두를 박멸한 경험을 바탕으로 세계 보건 기구(WHO)에서는 다른 감염병도 박멸 대상으로 지정해 병원성 바이러스 멸종 운동을 펼치고 있지만 안타깝게도 지금까지 천연두 바이러스 이외의 실적은 올리지 못하고 있다. 천연두 백신이 특이하게 적은 접종횟수에도 매우 뛰어난 효과를 보였기 때문에 가능한 일이었고 다음 박멸 대상이었던 소아마비는 한국에서는 2000년에 박멸되었지만 아프리카에서 2019년 기준 신규 감염자수가 336명에 달하며 아직까지도 끈질기게 박멸되지 않고 있다.소아마비는 장 바이러스의 한 종류인 폴리오(Polio) 바이러스에 의해 발병 되는데 구강으로 전염되어 운동신경을 담당하는 운동세포에 손상을 입힌다. 이름만 들으면 아이만 걸리는 질병 같지만 미국의 32대 대통령인 프랭클린 루즈벨트가 39세에 물에 빠져 소아마비에 걸렸다.천연두와 소아마비에 이어 한국에서 유구한 역사를 가진 바이러스성 감염병이 또 있는데 바로 홍역과 수두이다. 홍역과 수두는 치사율이나 감염되는 정도로는 천연두를 따라갈 순 없지만 증상이 매우 비슷하다.홍역은 항원 변이가 많지 않기 때문에 변이가 빠른 바이러스에 비해서는 덜 위험하지만 한국에서는 2019년에도 20명 가까이 확진자를 발생시킬 정도로 방심해서는 안 될 바이러스이다.수두는 헤르페스 게열의 바이러스에 의해 감염되는데 천연두나 홍역에 비하면 가벼운 질병이다. 환자 대부분이 자가치유 되며 현재도 면역력이 약한 어린이들에게 많이 발병되고 있다.수두나 홍역과 헷갈릴 수 있는 아이들이 흔하게 앓는 병원성 바이러스 감염병에는 수족구가 있는데 증상은 수두와 비슷하며 콕사키 바이러스 혹은 엔테로 바이러스 71이 병을 일으킨다.인류와 수 많은 바이러스가 싸워왔고 지금도 싸우고 있지만, 그 어떤 바이러스 중에서도 가장 명백한 인류의 적은 바로 인플루엔자 바이러스이다. 매 환절기가 되면 쏟아지는 라이노 바이러스에 의한 일반 감기 환자들과 섞여 자칫 그 위험성이 미미해 보일 수 있는데 인플루엔자 바이러스는 매년 백신을 만들어 내고 있고 타미플루라는 치료제가 있음에도 꾸준히 확진자와 사망자를 발생시킨다. 인플루엔자 바이러스에 대처하기 어려운 것은 변이가 매우 쉽게 일어나기 때문인데 가장 독성이 강한 인플루엔자A의 아종이 수 백 가지가 있는 정도이며 인류 역사에 흑사병, 천연두와 함께 최악의 감염병이라고 기록된 스페인 독감도 바로 이 인플루엔자의 변이종이다. 역사상 사람을 가장 많이 죽이고 인수공통 감염병이라 조류과 가축들까지 죽이는 바이러스인데도 끝없는 변이로 인해 아직까지 박멸하지 못하고 있는 것이다. 그나마 수 많은 아종 중에서 올해 유행 할 것 같은 몇 가지를 골라 백신을 만들고 노약자들에게 접종시키는게 최선이다.

자연과학| 2021.06.08| 2페이지| 1,000원| 조회(263)

AIDS, 결핵, 감염병

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