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| ↑↑ 왼쪽부터 DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단 고재원 교수, 한경아 연구교수, 윤택한 박사. DGIST 제공 |
| DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단(센터장 고재원)이 최근 뇌 신경회로를 구성하는 분자암호를 프로파일링하고, 이 분자암호가 특정 흥분성 시냅스 특성을 조절해 새로운 사물 위치 기억에 관여함을 발견했다고 4일 밝혔다. 특정 흥분성 시냅스 특성을 정교하게 조율해 관련 뇌발달 장애 치료제 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
시냅스는 두 신경세포 간의 특수한 연결 부위로, 뇌 기능의 기본 단위이다. 시냅스 단백질은 이러한 연결 부위에서 신경정보를 전달하며, 신경회로를 조절하는 역할을 한다. 특히 이번 연구에서 집중한 시냅스 접착단백질은 뇌 발달 및 기능에 큰 영향을 미치는 핵심 요소이다.
또 과거에는 시냅스 접착단백질이 어떻게 결합하고, 이 결합을 어떻게 조절하는지에 대해 명확한 이해가 부족했다. 특히 이러한 단백질이 뇌의 다양한 부분에서 어떤 원리로 작용하며, 뇌 기능에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 정보가 부족했다.
특히 고재원 교수 연구팀(시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단)은 2011년 이후 시냅스 접착 단백질을 중점적으로 연구해왔다. 특히 전시냅스 접착단백질인 LAR-RPTP 단백질군의 작용 원리와 구조에 대한 연구를 수행해왔다. 이전 연구에서는 특정 마이크로엑손의 상호작용과 구조에 대한 기초를 마련했으나, 이들이 뇌의 다양한 부분에서 어떻게 작용하는지는 명확하게 알려지지 않았다.
본 연구에서는 RNA 시퀀싱(RNA-seq)을 통해 LAR-RPTP 유전자의 핵심 마이크로엑손 두개가 다양한 뇌 영역과 세포 타입, 신경회로에서 어떻게 발현되는지 분석했다. 특히 기억과 관련된 활동에서 특정 마이크로엑손 레벨의 급증이 관찰돼, 실험쥐가 새로운 환경에 대한 정보를 학습할 때 LAR-RPTP 단백질에 의한 시냅스 접착 경로가 변형됨을 확인했다. 이로써 LAR-RPTP 단백질에 의한 시냅스 접착 경로를 통해 뇌의 특정 기능을 조절할 수 있다는 가능성을 시사했다.
LAR-RPTP 단백질은 기존 연구를 통해 다양한 뇌질환들과 연관돼 있는 것으로 확인됐다. 특히 신경계 유전자들의 마이크로엑손은 기능에 이상이 생길 경우 자폐와 같은 뇌발달 질환을 유발할 수 있다. 본 연구에서 규명한 바에 따르면 신경회로 특이적 마이크로엑손 변화에 의한 사물 위치 기억 저하는 이러한 뇌발달 질환과 관련이 있을 수 있다. 따라서 본 연구결과는 LAR-RPTP 마이크로엑손과 연관된 다양한 후시냅스 단백질 복합체를 대상으로 한 신규 뇌질환 치료제 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
고재원 연구단장은 “본 연구는 핵심 시냅스 조절자인 LAR-RPTP가 실제로 다양한 신경회로 맥락에서 마이크로엑손 분자암호를 활용해 특정 시냅스 특성을 조절하는지에 대한 핵심단서를 제공한 최초의 논문이다"라며 "해당 마이크로엑손 레벨을 정교하게 조절하는 분자 기전을 규명하기 위한 후속연구를 진행하고 있다”고 밝혔다. |
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