뇌신경세포 신호전달 규명으로 뇌질환 치료 실마리 제공

DGIST 고재원 교수팀, 뇌 신호 전달을 지휘하는
시냅스 접착단백질 PTPσ 발굴

 

□ 한국보건산업진흥원(원장 권덕철)은 대구경북과학기술원 뇌·인지과학전공(고재원 교수), 서울대학교 치의학대학원(최세영 교수) 공동연구팀이 “뇌 신호 전달을 지휘하는 핵심 단백질 PTPσ를 발견했다”고 밝혔다. 해마*의 특정 신경회로 내에서 시냅스 접착단백질 PTPσ의 새로운 작용기전을 세계 최초로 입증하여 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공하였다.

* 해마(hippocampus) : 기억의 저장과 상기에 중요한 역할을 담당하는 뇌영역

 

□ 알츠하이머병을 포함한 우울증, 자폐증, 조현병 등 대부분의 정신 질환이 뇌의 시냅스 접착단백질의 기능 이상과 깊은 관련이 있다는 것은 학계에서 널리 알려진 사실이다. 그러나 접착단백질의 세부 기능에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.

 

□ 뇌는 수많은 신경세포(뉴런)로 이루어져 있으며, 신경세포는 시냅스를 통해 서로 의사소통을 한다. 시냅스는 신경세포와 신경세포를 연결해주는 역할을 하는 정보전달의 기본단위로 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)로 구성되어있다.

 

 

○ 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 시냅스를 형성하여 다양한 신경회로를 만들고, 이를 통해 학습, 기억 등의 모든 뇌기능을 담당한다.

 

□ 뇌 기능이 제대로 작동하려면 신경회로가 올바르게 연결되어야 하고, 이때 시냅스가 제 기능을 해야 한다. 시냅스 기능 이상, 즉, 시냅스 접착단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌질환이 일어난다.

 

○ 따라서 시냅스 접착 단백질의 기능을 온전히 알게 되면 뇌질환 치료 또는 진단을 위한 바이오마커를 발굴하는데 기여할 수 있다.

 

□ 본 연구팀은 시냅스 접착단백질 중 하나인 PTPσ 조건부 녹아웃* 마우스를 이용하여 PTPσ가 전시냅스 접착단백질로서 신경전달물질** 방출을 지휘하는 핵심인자임을 확인하였다.

* 조건부 녹아웃(conditional knockout): 특종 조직에서 특정 시간에 유전자 삭제가 이루어지도록 조작한 형질전환동물

** 신경전달물질(neurotransmitter) : 시냅스 전달 과정에서 신경세포 간 의사소통을 위해 사용하는 물질, 전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 받아 신경전달이 일어남

 

□ 또한 해마 내 특정 신경회로에서 PTPσ 단백질이 후시냅스 글루탐산 수용체 반응에 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.

 

○ 이것은 PTPσ가 글루탐산 수용체 반응을 조절한다는 기존 연구들과는 다른 결과로, 동일한 시냅스 단백질이 같은 뇌영역 내 다른 신경회로에서 각기 다른 작동기전을 통해 시냅스 기능을 수행하는 새로운 시냅스 작동 모델을 제안하였다.

 

□ DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 신경계 발달에 관여하는 시냅스 접착단백질 PTPσ의 보편적 기능뿐 아니라 해마의 특정 신경회로 내 기능도 세계 최초로 입증하였다. 향후 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공했다는데 의미가 있다”고 밝혔다.

 

○ 이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업(세계선도의생명과학자육성)으로 수행되었으며, 국제학술지 셀 (Cell)의 자매지인 ‘iScience’에 5월 28일자로 온라인 게재됐다.

 

※ 게재 논문 정보   - 저널명: iScience (Cell open access 저널) - 논문명: PTPσ Controls Presynaptic Organization of Neurotransmitter Release Machinery at Excitatory Synapses - 저자정보: (제1저자) 한경아 연구교수 (DGIST) (교신저자) 고재원 교수 (DGIST), 최세영 교수 (서울대학교)

 

※ 문의 : 대구경북과학기술원 고재원 교수 (☎ 053-785-6154)

 

※ 붙임 1. 논문의 주요 연구내용

              2. 논문 관련 그림설명