뇌 신경회로 구성 분자암호 밝혀냈다

DGIST 고재원 교수 연구단
뇌발달 장애 치료제 개발 기대

DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단 (센터장: 고재원)은 뇌 신경회로를 구성하는 분자암호를 프로파일링하고, 이 분자암호가 특정 흥분성 시냅스 특성을 조절하여 새로운 사물 위치 기억에 관여함을 발견했다고 27일 밝혔다.

특정 흥분성 시냅스 특성을 정교하게 조율하여 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.

고재원 교수 연구팀(시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단)은 LAR-RPTP 유전자의 핵심 마이크로엑손 두개가 다양한 뇌 영역과 세포 타입, 신경회로에서 어떻게 발현되는지 분석했다. 특히, 기억과 관련된 활동에서 특정 마이크로엑손 레벨의 급증이 관찰되어, 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.

이 연구에서 규명한 바에 따르면, 신경회로 특이적 마이크로엑손 변화에 의한 사물 위치 기억 저하는 이러한 뇌발달 질환과 관련이 있을 수 있다. 신경계 유전자들의 마이크로엑손은 기능에 이상이 생길 경우 자폐와 같은 뇌발달 질환을 유발할 수 있다.

고재원 연구단장은 "본 연구는 핵심 시냅스 조절자인 LAR-RPTP가 실제로 다양한 신경회로 맥락에서 마이크로엑손 분자암호를 활용하여 특정 시냅스 특성을 조절하는지에 대한 핵심단서를 제공한 최초의 논문이다"라며, "해당 마이크로엑손 레벨을 정교하게 조절하는 분자 기전을 규명하기 위한 후속연구를 진행하고 있다"라고 밝혔다.
이번 연구성과는 DGIST 뇌과학과 한경아 연구교수, 윤택한 박사(뇌과학과 석박사통합과정 졸업)가 공동 제1저자로 참여했으며, 국제 전문학술지 '네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)'에 2월 22일자로 온라인 게재됐다. 아울러 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 '리더연구사업', '세종과학펠로우쉽', 그리고 대구경북과학기술원의 '미래선도형특성화연구' 등의 지원을 받아 수행됐다.

김종현기자

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