수면 조절하는 시냅스 분자 기전
수면 조절하는 시냅스 분자 기전
  • 함예솔
  • 승인 2020.05.21 14:45
  • 조회수 937
  • 댓글 0
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요약

 

수면을 조절하는 시냅스 분자 기전이 밝혀졌습니다. 신경전달의 기본 단위인 시냅스 생성과 수면 조절의 연관성을 규명했습니다. 이는 향후 신경뇌질환과 동반되는 수면장애 연구를 통해 뇌질환의 발병 기전 이해와 진단 및 치료에 도움이 될 것으로 기대됩니다. 

기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀은 신경 전달의 기본 단위인 시냅스 생성과 수면 조절의 연관성을 규명했습니다. 이를 통해 수면 장애를 포함한 관련 뇌질환의 발병 기전에 대한 이해의 폭을 넓힐 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <EMBO>에 게재됐습니다.

인간은 잠을 잘 때 패턴이 있다고 한다. 출처: pixabay
잠이 보약입니다. 출처: pixabay

시냅스 접착 단백질과 수면 간의 연관성

 

뇌에 존재하는 수많은 신경세포는 시냅스(synapse)를 통해 신호를 주고받는데요. 시냅스는 신경세포 간 혹은 신경세포와 다른 신경세포가 만나는 접합 부위입니다. 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)로 구성돼 있습니다. 전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면 신경전달(synaptic transmission)이 일어납니다. 각 시냅스는 신경회로가 정상적으로 작동하기 위한 뇌의 최소 구조 단위이며 위치와 기능 등 다양한 요소에 따라 고유의 성질을 가집니다.

 

전시냅스와 후시냅스에는 시냅스 접착 단백질이 각각 존재합니다. 시냅스 접착 단백질들은 서로 상호작용하며 악수하듯 만나 시냅스를 생성하는데 이 때 서로 '코드'가 맞으면 두 신경세포가 연결돼 소통합니다. 그 동안 확인된 여러 종류의 시냅스 접착 단백질들과 달리 각 단백질의 생체 내 기능에 대해서는 별로 알려진 바가 없었습니다.

시냅스에서 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 상호작용 및 신경전달 조절. 출처: IBS
시냅스에서 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 상호작용 및 신경전달 조절. 출처: IBS

연구팀은 전시냅스 접착 단백질인 PTPδ이 후시냅스 접착 단백질인 IL1RAPL1 단백질과 상호작용해 시냅스를 생성하고, 정상적인 수면이 이루어지도록 작동함을 밝혔습니다. 수면은 뇌가 정상적으로 작동하는 데 필수적인 요소입니다. 생체 리듬에 관여하는 유전자와 수면 간의 연관성은 보고된 바 있으나 시냅스와 수면 간의 연관성은 아직 밝혀진 바가 없었습니다. 이번 연구로 시냅스 접착 단백질인 PTPδ단백질과 수면 간의 연관성이 규명된 겁니다.

  • PTPδ단백질

주로 시냅스에 위치하며 타깃 단백질의 티로신 잔기 의 탈인산화를 촉진하여 시냅스 생성을 촉진합니다. 수면장애, 조현병, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)와 관련이 깊습니다. 

  • IL1RAPL1단백질 

주로 시냅스에 위치하며 여러 시냅스 단백질들을 한군데 모아 서로 기능적으로 상호작용하게 합니다.

PTPδ단백질 결손된 경우 수면 조절 방해

 

연구팀은 PTPδ단백질 전체가 결손된 생쥐 모델을 제작하고 시냅스 생성, 신경전달과 동물 행동 등을 관찰했습니다. PTPδ단백질 전체가 결손된 경우, 시냅스 생성이 감소하여 뇌 해마에서의 신경 전달이 잘 이루어지지 않아 정상적인 수면 조절이 방해됐습니다.

PTPδ단백질이 결손된 생쥐 모델에서 관찰된 비정상적인 수면. 출처: IBS
PTPδ단백질이 결손된 생쥐 모델에서 관찰된 비정상적인 수면. 출처: IBS

또한 PTPδ단백질의 일부인 meA 스플라이스 펩타이드를 결손시킨 경우에도 PTPδ단백질 전체가 결손된 경우와 비슷한 수준으로 시냅스 생성이 감소되고 수면 장애가 유발됐습니다. 이는 meA 스플라이스 펩타이드가 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질 간의 상호작용에 있어 중요한 요소임을 시사합니다.

PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 결합이 정상적인 시냅스 생성 및 수면 조절, 뇌파에 중요함. 출처: IBS
PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 결합이 정상적인 시냅스 생성 및 수면 조절, 뇌파에 중요함. 출처: IBS

연구팀은 대부분의 신경뇌질환과 동반되는 수면장애 여부를 확인하기 위해 뇌파검사(Electroencephalogram, EEG)를 진행했습니다. 그 결과 흥분성 신경세포에서의 PTPδ단백질 전체가 결손된 생쥐와 PTPδ단백질의 일부인 meA 스플라이스 펩타이드가 결손된 생쥐에서 깊은 수면(non-REM)시 발생하는 뇌파가 감소되어 있음을 확인했습니다. 이는 PTPδ단백질이 수면 조절뿐만 아니라 깊은 수면(non-REM)과도 밀접한 관련이 있음을 의미합니다. 

 

김은준 단장은 "PTPδ단백질이 시냅스 생성 및 정상적인 수면에 필수적인 시냅스 접착 단백질임을 밝혔다"며 "하지불안증후군과 같은 수면장애, 조현병, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD) 등 관련 뇌질환의 발병 기전 이해와 진단 및 치료에 도움을 줄 것으로 예상된다"고 말했습니다. 
 

  • 하지불안증후군(restless leg syndrome, 유병율 5%)

주로 잠들기 전에 다리가 저리는 등의 불쾌한 느낌이 들면서 숙면을 취하지 못하는 수면장애입니다.

  • 조현병(schizophrenia, 유병율 1%)

망상, 환청, 와해된 언어, 정서적 둔마 등의 증상과 더불어 사회적 기능에 장애를 일으킬 수도 있는 정신 질환입니다.

  • 주의력결핍 과잉행동장애(attention deficit / hyperactivity disorder, 유병율 5%)

아동기에 주로 나타나는 장애로, 지속적으로 주의력이 부족하여 산만하고 과다활동, 충동성을 보이는 상태입니다.


##참고자료##

 


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