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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 송유향, 황양선
논문 You-Hyang Song†, Yang-Sun Hwang†, Kwansoo Kim†, Hyungro Lee†, Jae-Hyun Kim, Catherine Maclachlan, Anaelle Dubois, Min Whan Jung, Carl C.H. Petersen, Graham Knott, Suk-Ho Lee, and Seung-Hee Lee (2020) Somatostatin enhances visual processing and perception by modulating excitatory inputs to the parvalbumin-positive interneurons in V1. Science Advances. April 22; 6(17): eaaz0517 (†equal contribution)
한줄요약 신경 펩타이드 소마토스타틴에 의한 시각 인지 능력 향상 효과 규명
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<소마토스타틴 (SST)의 작용 메커니즘을 나타낸 모식도 ()와 소마토스타틴 처리에 의한 시각 인지 능력 향상 효과()>




1. 배경지식

소마토스타틴은 시상 하부에서 뇌하수체 성장 호르몬의 분비를 억제하는 신경펩타이드로 처음 알려졌습니다. 이후 소마토스타틴은 인간을 비롯한 포유류의 중추신경계에서 널리 존재하고 있음이 알려졌으며, 특히 대뇌피질에서 흥분성 신경세포의 활성을 억제하는 가바(GABA, γ-aminobutyric acid)성 신경세포의 하위 집단 중 일부에 발현되어 있음이 밝혀졌습니다. 그러나 기존의 광유전학 기술을 활용한 신경세포 특이적 기능 연구는 주로 소마토스타틴을 발현하는 세포에서 분비되는 가바에 의한 억제성 효과에만 국한되어 있어, 소마토스타틴 신경펩타이드의 고유한 효과와 기능에 관한 연구는 미비한 상태입니다. 따라서 소마토스타틴을 이용한 인지 기능 조절 및 의약적 적용 가능성에 대해서는 직접적으로 밝혀진 바가 없었습니다.



2. 질문

대뇌 피질에서의 시각 정보 처리 과정에서 신경펩타이드인 소마토스타틴이 어떤 기능을 수행하는지, 그리고 소마토스타틴이 대뇌피질 내의 어떤 신경회로망을 통해서 기능을 수행하는지 알고자 했습니다.


 

3. 발견

연구에서는 자유롭게 움직이는 생쥐의 일차 시각 피질에 소마토스타틴을 처리했을 생쥐의 시각정보 처리 능력이 향상되는 것을 발견하였습니다. 또한 전기생리학적 실험을 통해서 소마토스타틴의 주입이 일차 시각 피질 내에 존재하는 신경세포의 방향 선택성을 향상시키고 있으며, 소마토스타틴이 다른 가바성 신경세포 집합 하나인 파브알부민 신경세포로 들어오는 흥분성 시냅스의 강도를 낮춤으로써 이러한 향상 효과가 나타남을 확인했습니다. 마지막으로, 연속 블록면 주사전자현미경 (SBEM) 사용하여 시각 피질 소마토스타틴 신경세포와 파브알부민 신경세포의 연결성을 분석함으로써, 파브알부민 신경세포의 수상 돌기 혹은 세포체에 흥분성 시냅스를 전달하고 있는 축삭과 소마토스타틴을 분비하는 축삭이 접촉해 있음을 발견하였습니다.


 이러한 결과를 통해, 소마토스타틴이 파브알부민 가바성 신경세포로 들어가는 흥분성 시냅스의 강도를 억제함으로써 개체의 시각 정보 처리 능력 인지 능력을 향상시킨다는 것을 발견하였습니다. 나아가 소마토스타틴이 조절하는 피질 신경 회로망을 규명함으로써, 인지 능력 장애를 가진 환자의 치료 회복 가능성을 있었습니다.



4. 후속

기존 연구에서 두뇌 인지 기능이 손상된 알츠하이머 환자의 대뇌 피질 조직과 뇌척수액에서 소마토스타틴의 양이 현저히 감소된 사실이 연구된 있습니다. 이는 알츠하이머 환자의 인지기능 저하와 소마토타틴의 간의 상관관계를 보여주는 결과입니다. 따라서 알츠하이머 환자군 두뇌에 소마토스타틴 또는 유사 신경펩타이드를 전달하는 기술을 개발하여 소마토스타틴 수용체 활성을 유도했을 인지 기능 회복이 가능한지를 추가로 확인하고자 합니다. 이를 통해, 유사 소마토스타틴 펩타이드 전달을 통한 알츠하이머를 비롯한 치매 환자의 인지기능 장애를 치료 회복하는 의료기술을 개발하기 위한 연구가 가능할 것입니다.


 

5. 소감

기존에 밝혀지지 않았던 신경펩타이드의 인지 기능 조절 능력을 규명하는 연구를 많은 연구자들과 함께 진행할 있어서 더욱 뜻깊었습니다. 앞으로도 다양한 연구자들과 함께 교류하며 좋은 연구를 하고 싶습니다.


 

6. 기타

프로젝트가 좋은 논문으로 나올 있도록 전기생리학 실험을 지원해주신 서울대 이석호 교수님 연구실, 연속 블록면 주사전자현미경 실험을 지원해주신 EPFL Graham knott 박사님과 Carl C.H. Petersen 교수님 연구실, 행동실험 장비 구축을 지원해주신 카이스트 정민환 교수님 연구실 다양한 분들께 다시 한번 진심으로 감사드립니다. 무엇보다도 부족함이 많았던 저희들에게 끊임없는 연구에 대한 열정을 가르쳐 주시고 지도해주신 이승희 교수님, 진심으로 감사드립니다. 지금의 성과에 그치지 않고 더욱 성숙한 연구자로써 교수님의 가르침을 이어가도록 노력하겠습니다.


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