국내 연구진이 퇴행성 뇌질환이나 다양한 정신질환 등의 원인을 밝혀낼 단서를 찾아냈습니다. DGIST 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 밝혔습니다. 이번 연구는 <The Journal of Neuroscience>에 게재됐습니다.
뇌 시냅스 발달에 기여하는 단백질
뇌는 수 많은 신경세포로 이루어져 있습니다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결돼 다양한 신경회로를 형성합니다. 이를 통해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당합니다. 이러한 신경세포 간 연결 부위 역할을 하는 시냅스는 전(前)시냅스(presynapse)와 후(後)시냅스(postsynapse)로 구성돼 있습니다. 전시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동합니다. 이 때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질입니다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어납니다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있습니다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았습니다.
이에 고재원 교수 연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 서로 상호작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했습니다. 또한 이러한 상호작용은 동물세포 내 다당류인 '헤파란 설페이트(Heparan sulfate)'에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했습니다. 기존 학계에서는 이 두 단백질이 각기 독립적인 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔었기에 더욱 의미가 큰 발견입니다.
연구팀은 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전시냅스 봉오리 숫자를 분석했습니다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했습니다. 참고로 시냅스 봉오리(synaptic bouton)란 전시냅스 축삭돌기 내 분화된 특수영역으로서 신경전달물질들이 함유된 다수의 시냅스 소포가 존재합니다.
DGIST 고재원 교수는 "이번 연구는 시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전시냅스 및 후시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것"이라며 "지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다"고 밝혔습니다.
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