불안행동을 조절하는 뇌 속 시냅스 단백질의 작동 원리 규명
불안행동을 조절하는 뇌 속 시냅스 단백질의 작동 원리 규명
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.07.21 14:55
  • 조회수 1030
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DGIST(총장 국양) 뇌·인지과학전공 고재원 교수, 엄지원 교수 공동연구팀이 뇌 신경회로 내 억제성 시냅스* 신경전달을 조절해 불안장애를 교정할 수 있는 신규 후보표적을 발견했다고 21일(수) 밝혔습니다. 이번 연구 성과는 불안장애를 수반하는 뇌 정신질환인 우울증이나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 등 신규 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대됩니다.

* 억제성 시냅스(GABAergic synapse) : 시냅스는 뇌속 신경세포 사이에서 신호가 전달되는 구조적 장소인데, 억제성 시냅스는 다른 신경세포로부터의 신호 전달을 억제함으로써 신경계의 고차적인 통합작용을 매개함

 

시냅스는 신경정보를 빠르고 정확하게 전달하는 특별한 창구로 작동하며 모든 뇌기능을 관장하는데요. 시냅스는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 구분됩니다. 이들 시냅스는 뇌기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 서로 길항적으로 작용해 신경회로 네트워크의 균형을 유지합니다. 특히 특정 영역의 억제성 시냅스가 망가질 경우 기억력 감퇴, 자폐증, 우울증 등이 발생하며, 이러한 메커니즘이 어떻게 조절되는지 확립된 분자 원리가 없었습니다.

 

이에 고재원‧엄지원 교수 공동연구팀은 지난 2016년 억제성 시냅스 단백질인 IQSEC3를 최초 발굴했습니다. 또한 지난해에는 IQSEC3가 기억, 학습 등 뇌의 고등기능을 매개하는 부위인 해마 치아이랑(hippocampal dentate gyrus)의 신경회로 활성과 소마토스타틴(somatostatin) 펩타이드 양을 조절해, 억제성 시냅스 발달을 조절하는 핵심 인자임을 규명한 바 있습니다. 이러한 연구결과를 바탕으로  이번 연구에서는 IQSEC3 단백질이 외부자극에 반응해 억제성 시냅스 발달을 매개하는 핵심 전사인자**인 Npas4 단백질의 하위 인자로 작동하면서, 뇌의 해마*** 영역 내 소마토스타틴을 분비하는 특정 억제성 신경세포의 시냅스 신경전달을 조절함을 증명했습니다.

** 전사인자(transcription factor) : 타겟 유전자 근처 DNA에 결합하여 타겟 유전자 발현을 켜거나 끄는 스위치 역할을 수행하는 단백질

***해마(hippocampus) : 뇌의 관자엽 안쪽에 위치하며 장기기억과 공간, 감정행동을 조절하는 영역

 

또한 연구팀은 화학유전학(chemogenetics) 기법을 통해 상위 인자인 Npas4와 하위인자인 IQSEC3의 작동경로가 뇌 속 억제성 신경세포 활성을 관장해 불안 행동을 조절함을 규명했는데요. 특히 IQSEC3 단백질이 신경세포들의 활성을 억제하는 신경전달물질인 가바(GABA)의 분비를 촉진하여 해마 내 네트워크 활성 조절을 통한 특정 행동을 제어하는 신규 메커니즘을 제시했습니다.

불안행동을 조절하는 억제성 시냅스 단백질 IQSEC3의 작동 기전. 감각, 인지, 운동, 사회적 자극을 증가시킬 수 있는 환경 (enriched environment)에 마우스를 사육하면 해마 CA1 영역의 특정 층 (stratum oriens layer)에 위치한 소마토스태틴 억제성 신경세포에서 Npas4 단백질과 함께 IQSEC3 단백질 발현이 증가하여 억제성 신경전달을 촉진시킴. 이를 통해 해마 CA1의 흥분성 신경세포의 활성이 음성적으로 조절되며, 불안행동을 매개함. 출처 : DGIST
불안행동을 조절하는 억제성 시냅스 단백질 IQSEC3의 작동 기전. 감각, 인지, 운동, 사회적 자극을 증가시킬 수 있는 환경 (enriched environment)에 마우스를 사육하면 해마 CA1 영역의 특정 층 (stratum oriens layer)에 위치한 소마토스태틴 억제성 신경세포에서 Npas4 단백질과 함께 IQSEC3 단백질 발현이 증가하여 억제성 신경전달을 촉진시킴. 이를 통해 해마 CA1의 흥분성 신경세포의 활성이 음성적으로 조절되며, 불안행동을 매개함. 출처 : DGIST

DGIST 고재원 교수는 “엄지원 교수팀과의 지속적인 공동연구를 통해 IQSEC3 단백질이 뇌 억제성 신경회로 활성을 조절하는 일관된 단서들을 꾸준히 확보하고 있다”라며, “본 연구는 IQSEC3이 흥분성-억제성 균형을 유지하는 핵심 인자로서 작동하는 새로운 규칙을 규명해, 불안장애 등 뇌정신질환의 치료제 개발에 도움을 줄 수 있을 것”으로 소감을 밝혔습니다.

 

이번 연구성과는 DGIST 뇌·인지과학전공 김승준, 박동석, 김진후 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 20일자 온라인 게재됐습니다.

논문명 : Npas4 Regulates IQSEC3 Expression in Hippocampal Somatostatin Interneurons to Mediate Anxiety-like Behavior


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