KAIST, 신경세포의 흥분성 증가로 인한 뇌 질환 기제 규명

미세아교세포가 억제성 시냅스만을 표적 제거

‘엠보저널’에 수록된 이번 연구 이미지. 미세아교세포가 포식 수용체를 통해, 신경세포체 표면에 표지된 포스파티딜세린를 인식하여 제거하는 모습. 이 현상이 과도하게 일어날 때 신경세포의 흥분-억제 간의 균형이 깨져서 발작 증세가 일어남.(그림제공:KAIST)© 뉴스1

KAIST 생명과학과 정원석 교수 연구팀이 뇌 신경세포의 흥분과 억제 불균형을 일으키는 새로운 기전을 규명했다.

이는 발작과 같은 다양한 뇌 신경질환의 원인과 연결되며, 뇌 질환 치료에 활용이 기대된다.

 

2일 KAIST에 따르면 연구팀은 억제성 시냅스가 미세아교세포(뇌에서 면역기능을 담당하는 신경세포의 일종)에 의해 제거되는 분자 기전을 처음으로 규명했다.

또, 이 현상이 과도하게 일어날 때 신경세포의 흥분성 증가로 발작과 같은 뇌 질환이 일어날 수 있음을 증명했다.

뉴런이 모여 있는 곳인 시냅스(synapse)는 뇌 발달 및 학습 시에 생성과 제거가 반복되는 변화를 겪는다.

 

osphatidylserine)이라는 세포막에 존재하는 인지질 중의 하나가 죽어가는 세포 표면에 선택적으로 표지돼 면역세포에 의해 세포를 잡아먹도록 유도한다는 사실에 착안했다.

죽어가는 세포가 제거되는 분자 기전이 시냅스만이 선택적으로 제거되는 현상에도 응용될 수 있을 것이라 예상한 것이다.

이 가정을 증명하기 위해 연구진은 포스파티딜세린을 신경세포 표면에 인위적으로 노출한 후, 특정 시냅스가 교세포에 의해 잡아먹힐 수 있는지 연구했다.

먼저 연구진은 포스파티딜세린을 항상 세포 표면으로부터 안으로 지속적으로 불러들여 정상 세포막에서 이들을 노출되지 않도록 막고 있는 플립파아제(Flippase)라는 단백질의 기능을 신경세포에서만 억제할 수 있는 실험용 쥐 모델을 제작했다.

그 결과 놀랍게도 신경세포의 세포체 주변의 표면에서만 선택적으로 포스파티딜세린이 표지됨을 발견했고, 이로 인해 세포막이나 흥분성 시냅스의 손상 없이 억제성 시냅스만이 선택적으로 감소함을 발견했다.

 

(왼쪽부터) 생명과학과 정원석 교수, 박정주 박사과정(사진제공: KAIST)© 뉴스1

뿐만 아니라 해당 쥐 모델은 청각을 담당하는 뇌 지역에서 흥분-억제 균형이 깨져서 소리로 인해 촉발되는 특이한 발작 증세를 일으킴을 확인했다.

더 나아가 연구팀은 미세아교세포를 인위적으로 제거하거나 미세아교세포에 존재하는 특정 포식 수용체를 제거했을 때, 신경세포의 표면에 포스파티딜세린이 표지됐을지라도 과도한 억제성 시냅스 감소와 발작 증세가 방지될 수 있음을 발견했다.

이로써 신경세포체 주변 세포막에 포스파티딜세린이 표지되는 것이 미세아교세포가 포식 수용체를 통해 억제성 시냅스만을 선택적으로 먹는 기전으로 쓰일 수 있음을 최초로 규명한 것이다.

연구팀의 이 같은 발견은 흥분성 및 억제성 시냅스가 서로 다른 기전을 통해 미세아교세포에 의해 제거될 수 있음을 처음으로 제시한 것이다.

즉, 미세아교세포에 의한 과도한 억제성 시냅스 제거 기전이 뇌 신경세포의 흥분-억제 불균형 발생의 새로운 원인이 될 수 있음을 증명한 것이다.

연구팀 관계자는 “뇌에서의 흥분-억제 균형이 깨져서 일어나는 다양한 뇌 신경질환에서 미세아교세포가 억제성 시냅스를 먹는 현상을 조절하는 것이 이들 질환을 치료하는 새로운 전략이 될 것ˮ이라고 말했다.

 

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘엠보저널’에 5월20일자에 공개됐다.