KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • News

News

국내 연구진, 우리 뇌가 계속 일할 수 있는 이유 밝혀


KAIST 정원석 교수팀 등 공동연구진_별아교세포가 불필요한 시냅스를 먹어 제거함으로써 성인 뇌가 기억력 유지 밝혀

뇌가 계속 일할 수 있는 이유 밝혀낸 공동연구진. 사진 왼쪽부터 KAIST 이준혁 박사과정, 정원석 교수, 한국뇌연구원 박형주 박사, 김지영 학생. 사진제공=KAIST



국내 연구진이 성인의 뇌가 기억력을 유지하는 메커니즘을 밝혔다.

KAIST는 생명과학과 정원석 교수와 이준혁 박사과정 연구팀이 한국뇌연구원의 박형주 박사·김지영 연구원 연구팀과 공동연구를 통해 이전까지 알려지지 않았던 새로운 뇌 항상성 유지 기전을 처음으로 밝혀 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 공개했다고 5일 밝혔다.

성인 해마(hippocampus)에서는 학습 및 기억 형성 중에 기존의 시냅스(synapse)는 사라지고 새로운 시냅스가 생기는 시냅스 재구성이 일어난다. 그러나 어떻게 시냅스가 사라지고 이러한 시냅스 제거가 학습과 기억 과정 중에 어떠한 역할을 맡는지는 여전히 알려지지 않았다.

공동연구팀은 중추 신경계에서 다양한 역할을 수행하는 신경교세포 중 가장 숫자가 많은 ‘별아교세포’가 뇌 발달 시기에 시냅스를 먹어서 없앤다는 정원석 교수의 선행 연구 결과(네이처(Nature), 2013년)에 착안해 연구를 진행했다.

그 결과 성체 뇌에서도 별아교세포가 불필요한 시냅스를 끊임없이 제거하고 있음을 발견했고 이 현상이 학습 및 기억에 중요한 해마 내 흥분성 시냅스의 회로 유지를 가능하게 한다는 사실을 증명했다.

이전에는 신경교세포의 시냅스 제거 현상을 전자 현미경 또는 시냅스 염색법을 사용해 확인했었다. 그러나 이러한 방법은 신경교세포에 의해 먹힌 시냅스가 세포내 산성 소화기관에서 급속히 분해되기 때문에 잔여 시냅스를 표시하고 관찰하는 데 한계가 있었다.

이에 연구팀은 시냅스에 산성화 감지가 가능한 형광단백질 조합(mCherry 물질과 eGFP 물질)을 발현시키는 바이러스 기반 시냅스 포식 리포터를 개발했다. 이 형광단백질들은 일반적인 중성 pH 조건에서 원래의 형광 강도를 유지하지만, 세포속 소화기관 같은 산성 환경에서는 eGFP 물질은 빠르게 분해돼 신호가 사라지고 mCherry 물질은 천천히 분해돼 신호가 유지된다는 특징이 있다.

이러한 원리를 활용해 연구팀은 mCherry-eGFP를 바이러스를 통해 흥분성 및 억제성 시냅스에 각각 발현시켰고 이후 mCherry-eGFP로 표시된 시냅스들과는 달리 신경교세포에 의해 먹힌 시냅스는 mCherry 물질만의 단독 신호로 관찰됨을 확인했다.


연구팀은 새로 개발한 방법을 이용해 기존의 방법으로는 관찰할 수 없었던 현상인 별아교세포가 성인 해마에서 시냅스를 지속적으로 제거하며 특히 흥분성 시냅스를 더 많이 제거하고 있음을 발견했다.

놀랍게도 연구팀은 뇌의 면역세포라 불리는 미세아교세포보다 별아교세포가 주도적으로 정상 해마의 흥분성 시냅스를 제거하고 있음을 확인해 미세아교세포가 시냅스를 제거하는 주된 세포일 것이라는 기존의 학설을 뒤집었다.

미세아교세포를 인위적으로 제거했을 때는 시냅스의 수가 변하지 않았지만, 해마의 별아교세포가 시냅스를 먹지 못하도록 유전자 조작을 했을 때는 비정상적인 시냅스가 과도하게 급증가하고 정상적인 해마 신경 회로의 기능과 기억 형성 능력이 떨어진다는 것을 처음으로 관찰한 것이다.

게다가 연구진은 유전자 변형을 통해 별아교세포의 시냅스 제거 작용을 억제한 생쥐에서는, 해마내 시냅스 연결 가소성과 기억 형성에 문제가 생김을 발견했다. 이는 불필요한 시냅스들을 별아교세포가 제거하지 않는다면 뇌의 정상적인 학습과 기억 능력이 유지될 수 없다는 것을 의미한다.

연구팀은 이번 연구성과를 통해 별아교세포에 의한 성인 뇌의 흥분성 시냅스 재구성이 정상적 신경 회로망 유지 및 기억 형성에 필수적인 기전이라 제시했다. 이 메커니즘은 향후 뇌 기능 및 관련 신경 회로의 항상성 유지에 관한 다양한 연구들에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 “비정상적인 수준의 시냅스 수 변화는 자폐 스펙트럼 장애, 조현병, 치매 및 여러 형태의 발작과 같은 다양한 신경질환의 유병률과 연관성이 높다”며 “시냅스 수를 다시 정상으로 회복하기 위해 별아교세포가 시냅스를 먹는 현상을 조절하는 것이 이들 뇌 질환을 치료하는 새로운 전략이 될 수 있다”고 말했다.

KAIST 생명과학과 이준혁 박사과정과 뇌연구원 김지영 연구원이 공동 제1 저자로 참여하고, 정원석 교수와 박형주 박사가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 뇌인지과학 연구분야에 새로운 돌파구를 마련한 것으로 인정받아 최상위 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 지난 12월 23일자로 공개됐다.

출처 : https://www.sedaily.com/NewsView/22H506KH1D


List of Articles
번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
141 [한겨레] 생체시계 시간 맞추는 유전자 국내 연구팀이 첫 발견-김재섭 교수팀 과사무실 2005.10.20 11507
140 [한겨레] BK21 중간평가: 최우수사업단으로 선정 과사무실 2004.12.09 11854
139 [최길주, 김상규 교수님] 카오스재단 2022 봄 카오스강연 ‘식물행성 (Plant Planet)’ 에서 강연(4/6) 생명과학과 2022.02.22 1030
138 [진에딧 이근우 대표] 한국인이 세운 ‘유전자 가위’ 스타트업… 실리콘밸리가 침흘리는 이유 생명과학과 2021.12.20 1529
137 [중앙일보] 생명과학과 박지혜 '로레알 여성생명과학상' 수상 과사무실 2006.06.22 13992
136 [중앙일보] 김재섭 교수 치매 막는 신물질 4종 발견 과사무실 2005.08.08 12608
135 [조원기 교수님] 세포 기능 결정에 핵심 역할 유전자 발현 단백질 찾았다 생명과학과 2021.12.24 1136
134 [조선일보] 생명과학과 김정회교수팀...자일리톨 추출 신기술 개발 과사무실 2007.08.29 14454
133 [조선일보] 김재섭 교수 고열에도 뇌손상 막는 유전자 최초 발견 과사무실 2005.01.31 12556
132 [조선일보] AMPK유전자, 암세포 치료에도 이용...정종경 교수팀 과사무실 2007.05.08 12425
131 [조병관 교수님] 한국연구재단, 노화 방지하고 회춘하는 방법 제시 생명과학과 2022.01.13 1121
130 [조병관 교수님] 카이스트 조병관 교수팀, 합성생물학 기반 차세대 미생물 대사 조절 밸브 개발 생명과학과 2022.04.15 1337
129 [조병관 교수님] 이산화탄소 흡수해 아세트산 만드는 '친환경 미생물' 5종 발견 생명과학과 2022.06.17 3306
128 [조병관 교수님] 대량의 고농도 일산화탄소를 고부가가치 바이오케미칼로 전환하는 기술 개발 생명과학과 2022.07.15 937
127 [조병관 교수님 연구실] 2022년 안전관리 우수연구실 선정 file 생명과학과 2023.01.27 676
126 [정현정 교수님] 유전자 가위와 약물로 동시에 암을 잡는 신약 개발 생명과학과 2023.08.03 1414
125 [정현정 교수님] 유전자 가위로 생체 내 정밀한 유전자 교정에 의한 면역 항암 치료​ 생명과학과 2022.01.18 1118
124 [정현정 교수님] 암세포만 골라 유전자 교정 치료하는 신약 개발​ 생명과학과 2024.04.08 850
123 [정인경 교수님] 파킨슨병 발병 3차원 게놈 지도 최초 제시​ 생명과학과 2023.05.08 1008
122 [정인경 교수님] 제17회 아산의학상 젊은의학자 부문 수상 생명과학과 2024.03.22 503
Board Pagination Prev 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 23 Next
/ 23