치매, 자폐증, 조현병과 같은 뇌 신경질환은 이제 질병을 넘어 사회적 문제로 확대되고 있다. 그럼에도, 이들 질병이 발병하는 명확한 이유에 대한 연구는 아직까지 부족한 상황이다.

24일 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀은 이 같은 뇌 신경질환이 발생하는 메커니즘을 규명해 뇌 질환 치료의 실마리를 풀었다고 밝혔다.

뇌신경질환들의 경우, 뇌 신경세포의 발달 및 분화에 지대한 영향을 미치는 뇌유래신경영양인자(BDNF; Brain-derived neurotrophic factor)의 신호전달과 시냅스 가소성(plasticity), 즉 신경자극에 따른 시냅스 변형 과정에 문제가 생기며 발생한다.

신경세포 간의 정보전달은 시냅스를 통해 이루어지는데, 시냅스 활성과 구조는 자극에 따라 역동적으로 변화하며 조절된다. 이때 BDNF가 신경세포의 생존과 시냅스 가소성에 큰 영향을 미친다. BDNF의 기능에 문제가 발생하면, 뇌세포 간 원활한 정보교환을 방해할 뿐 아니라 뇌 신경세포를 사멸시켜 학습과 기억능력의 장애로 이어진다.

POSTECH 융합생명공학부 김경태 교수와 정영섭 박사는 신경세포의 시냅스 기능에 중요한 암파(AMPA) 수용체의 국소적 발현이 BDNF에 의해 조절되는 메커니즘을 규명했다. 이 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 11월호에 게재됐다.

연구팀은 암파 수용체 mRNA의 앞부분에 IRES(Internal Ribosome Entry Site) 활성이 있는 부위가 있으며, 일반적인 방식과는 달리, 이 부위에 RNA 결합 단백질인 hnRNP A2/B1이라는 단백질이 결합하면 단백질 번역이 증가한다는 사실을 밝혔다.

핵에서전사되어 만들어진 암파 수용체 mRNA는 수상돌기로 이동하여 대기하고 있다가, 신경자극이 오면 이에 반응하여 신속하게 수용체 단백질로 번역되는 것을 확인한 것이다. 특히 BDNF가 신경세포를 자극하면 hnRNP A2/B1의 양이 많아져 암파 수용체 단백질의 합성을 촉진한다. 이렇게 만들어진 암파 수용체 단백질은 시냅스에 포진하여 신경신호전달을 효율적으로 수행한다.

연구를 주도한 김경태 교수는 “뇌 발달장애나 뇌 신경세포의 퇴행을 막는 핵심적인 메커니즘을 밝힌 연구로 향후 자폐증이나 치매와 같은 퇴행성 뇌질환의 치료에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대한다”고 말했다.