KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

< (왼쪽부터) 생명과학과 허원도 교수, 생명과학과 손승규 박사과정, 생명과학과 이진수 박사과정 >

 

우리 뇌 속에는 약 860억 개의 신경세포와 신경세포 간의 신호를 주고받아 우리의 인지감정기억 등과 같은 다양한 뇌 기능을 조절하도록 돕는 600조 개에 달하는 시냅스가 존재한다흥미롭게도 노화나 알츠하이머병과 같은 질병 상황에서 시냅스는 감소하는 것으로 알려져시냅스에 관한 연구가 주목받고 있지만 아직 시냅스의 구조 변화를 실시간으로 관찰하는 데에는 한계가 있다. 

우리 대학 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 존스홉킨스 의과대학 권형배 교수 연구팀과 기초과학연구원 인지 및 사회성 연구단의 이상규 박사 연구팀과 공동연구를 통해 세계 최초로 시냅스의 형성과 소멸 및 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 9일 밝혔다. 

허원도 교수 연구팀은 형광 단백질(dimerization-dependent fluorescent protein, ddFP)을 시냅스와 결합시켜 신경세포 간의 시냅스 연결 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다이 기술을 시냅스(Synapse)와 스냅샷 (Snapshot)을 조합한 시냅샷(SynapShot)이라고 이름 지었고 기존에는 구현하기 어려웠던 시냅스 형성과 소멸 그리고 역동적인 변화 과정을 실시간으로 추적하고 관찰하는데 성공했다.

역동적으로 변화하는 시냅스르 관찰하기 위해 시냅스 전 단자와 시냅스 후 단자에 가역적인 결합으로 형광 탐지가 가능한 이합체 의존 형광 단백질 (ddFP)를 발현시켜 시냅스 형성 시 형광신호를 관찰할 수 있음

< 역동적으로 변화하는 시냅스르 관찰하기 위해 시냅스 전 단자와 시냅스 후 단자에 가역적인 결합으로 형광 탐지가 가능한 이합체 의존 형광 단백질 (ddFP)를 발현시켜 시냅스 형성 시 형광신호를 관찰할 수 있음 >

 

허원도 교수 연구팀은 기초과학연구원 이상규 박사 연구팀과 공동연구를 통해 초록과 빨강 형광을 띠는 시냅샷을 디자인해 두 개의 서로 다른 신경세포와 연결된 시냅스를 쉽게 구별하여 관찰할 수 있었다또한빛으로 분자의 기능을 조절할 수 있는 광유전학 기술과 융합하여 신경세포의 특정 기능을 빛으로 조절함과 동시에 시냅스의 변화를 관찰하는 데 성공했다. 

허원도 교수 연구팀이 개발한 시냅샷은 미국 존스홉킨스 의대 권형배 교수 연구팀과 공동연구를 통해 살아있는 생쥐에게 시각적 구별 훈련운동 및 마취 등 여러 상황을 유도하고 각 과정에서 시냅스의 변화를 실시간으로 관찰해 각각의 시냅스가 상당히 빠르고 역동적으로 변화될 수 있음을 보였다이는 살아있는 포유류의 시냅스 변화를 세계 최초로 관찰한 것이다.

실제로 실험 쥐의 신경세포를 배양하여 시냅스 센서 (SynapShot)을 발현 시킨 후 시냅스 전 단자와 후 단자가 접했을 때 생성 되는 시냅스와 일정 시간 이후 사라지는 시냅스의 변화를 시냅스 센서 (SynapShot) 의 형광 변화를 통해 관찰한 현미경 사진

< 실제로 실험 쥐의 신경세포를 배양하여 시냅스 센서 (SynapShot)을 발현 시킨 후 시냅스 전 단자와 후 단자가 접했을 때 생성 되는 시냅스와 일정 시간 이후 사라지는 시냅스의 변화를 시냅스 센서 (SynapShot) 의 형광 변화를 통해 관찰한 현미경 사진 >

교신저자인 허원도 교수는 우리 연구팀이 국내외 연구팀과 공동연구를 통해 시냅샷 기술로 과거에는 구현하기 어려웠던 시냅스의 빠르고 역동적인 형성과 변화를 직접 관찰할 수 있는 가능성을 열었으며이 기술은 뇌과학 연구분야의 연구방법론에 혁신을 가져올 것으로 예상되며 뇌 과학의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다고 말했다. 

생명과학과 손승규(박사과정), 이진수(박사과정), 존스홉킨스 의과대학 정강훈 박사가 공동 제저자로 수행한 이번 연구는 저명 국제 학술지 네이처 메쏘드(Nature Methods)’2024년 2월호 인쇄판에 게재될 예정이며, 2024년 1월 8일자로 온라인판에 게재됐다(논문명: Real-time visualization of structural dynamics of synapses in live cells in vivo). (Impact Factor: 47.99). (DOI: 10.1038/s41592-023-02122-4)

이합체 의존 형광단백질 (ddFP)은 녹색 형광 뿐만 아니라 적색 형광 단백질도 존재하며, 이를 이용 시 청색광 활성 광유전학 기술과 함께 적용이 가능함. 광유전학 기술로 청색광에 의해 Tropomyosin receptor kinase B (TrkB)를 활성시킨 후 뇌유래신경영양인자의 신호를 통한 시냅스 연결 강화를 적색-SynapShot로 관찰함

< 이합체 의존 형광단백질 (ddFP)은 녹색 형광 뿐만 아니라 적색 형광 단백질도 존재하며, 이를 이용 시 청색광 활성 광유전학 기술과 함께 적용이 가능함. 광유전학 기술로 청색광에 의해 Tropomyosin receptor kinase B (TrkB)를 활성시킨 후 뇌유래신경영양인자의 신호를 통한 시냅스 연결 강화를 적색-SynapShot로 관찰함 >

< 녹색-SynapShot과 적색-SynapShot을 동시에 활용하여 하나의 후 단자와 서로 다른 전 단자와의 시냅스를 구별하여 관찰함 [그림 4]. >

세포 수준에서뿐만 아니라 이광자 현미경 (two-photon microscopy)으로 생체 내 이미징 기술을 이용하여 시각적인 훈련을 통해 학습시킨 생쥐의 시각 피질에서 실시간으로 변화하는 시냅스를 관찰한 현미경 사진

< 세포 수준에서뿐만 아니라 이광자 현미경 (two-photon microscopy)으로 생체 내 이미징 기술을 이용하여 시각적인 훈련을 통해 학습시킨 생쥐의 시각 피질에서 실시간으로 변화하는 시냅스를 관찰한 현미경 사진 >

한편이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 KAIST 글로벌 특이점 사업의 지원을 받아 수행됐다.

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=34170


List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
315 이승희 교수님_시각 정보 인식해 행동 결정하는 대뇌 신경회로 과정 밝혀 생명과학과 2021.08.30 489
314 이승희 교수님_KAIST, 뇌 인지기능 높이는 물질 발견… 치매 치료 효과 기대 file 생명과학과 2020.04.26 4965
313 이승희 교수, 송유향, 김재현 박사과정 학생 Neuron 게재 file 생명과학과 2017.02.13 17774
312 이승재 교수님_One More Key to Human Longevity Found After Worm Research 생명과학과 2020.07.03 10874
311 이승재 교수, 한성과학상 수상 file 생명과학과 2019.07.01 6250
310 이승재 교수, 올리브유의 노화 방지 및 장수 효과 입증 file 생명과학과 2019.08.22 5632
309 이상열 교수(박사 85) KAIST 올해의 동문 선정 과사무실 2005.01.04 15179
308 이상기 박사 한국생명공학연구원장 취임 과사무실 2005.07.12 13557
307 이균민 교수, 교무처장 인사 발령 과사무실 2010.07.15 11812
306 이균민 교수 생명과학과 학과장 취임 과사무실 2007.09.13 12600
305 이규리 학생(박태관 교수님 Lab), ICMAT 2009 & IUMRS-ICA 2009 Best Poster Award 수상 과사무실 2009.07.13 13467
304 윤기준 교수, '2019 서경배과학재단 신진 과학자' 선정 file 생명과학과 2019.09.23 5932
303 우주연 학생(김은준 교수님 Lab), 로레알-유네스코 펠로쉽 수상 과사무실 2009.06.23 17470
302 오병하 교수님_자연에 없는 고감도 단백질 센서 제작 플랫폼 개발 생명과학과 2021.02.08 858
301 오병하 교수, 제 9회 아산의학상 수상 file 생명과학과 2016.03.14 18207
300 양한슬 교수님_ 서경배과학재단 2021년 신진과학자 선정 file 생명과학과 2021.08.31 666
299 송지준교수, 조수민 연구교수, 장주원 박사과정학생 nature communications 논문 게재 file 생명과학과 2020.01.02 57131
298 송지준 교수, 김은지 박사 Molecular Cell에 논문 게재(2015) / Prof. Ji-Joon Song and PhD. Eun-Ji Kim published a paper at Molecular Cell (2015) 과사무실 2015.07.29 14401
297 송지준 교수, PNAS 게재 (2012.8) 과사무실 2012.12.10 14418
296 송지준 교수, J.Am.Chem.Soc. 게재 (2013.10) 과사무실 2013.10.18 13917
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 22 Next
/ 22