퇴행성 뇌질환 연구 청신호···뇌 시냅스 신호전달 경로 규명

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 퇴행성 뇌질환이나 다양한 정신질환의 원인을 밝혀낼 단서를 찾았다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 고재원 뇌·인지과학전공 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다.

뉴렉신과 PTP시그마 접착단백질 간 상호작용을 통한 시냅스 발달 작동기전 모델.(자료=대구경북과학기술원)

뇌는 수많은 신경세포로 이뤄져 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결돼 다양한 신경회로를 형성하며 학습이나 기억 등의 기능을 수행한다.

이러한 신경세포 간 연결부위 역할을 하는 시냅스는 전(前)시냅스와 후(後)시냅스로 구성돼 있다. 전시냅스에서 신경전달물질을 보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다.

이 때 시냅스 접착 단백질은 시냅스 형성 과정을 매개한다. 시냅스 접착 단백질 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 따라서 시냅스 접착 단백질의 기능을 알아내면 뇌 질환 치료에 도움이 될 수 있다.

연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 상호작용하면서 시냅스를 형성한다는 사실을 알아냈다. 동물세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있는 것을 확인했다. 학계에서 그동안 이 두 단백질이 독립 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔던 것과 다른 발견이다.

해당 단백질을 개별적이나 동시에 삭제한 초파리 유충을 대상으로 실험도 이뤄졌다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조와 기능을 조절하는 과정을 알아냈다.

고재원 교수는 “시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전·후시냅스 단백질들과 협업하는 신호전달 경로를 밝혔다”며 “심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 말했다.

연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)’에 지난 9일자 온라인으로 게재됐다.