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
370 주형석 박사와 김은진 학생(강창원 교수 Lab), ‘2009 캠퍼스 특허전략 유니버시아드 대회’에서 기업 CEO상을 수상! 과사무실 2009.12.01 17575
369 조홍석 박사과정 학생, Traveling Award 및 Best Presentation Award 수상 과사무실 2010.07.16 11601
368 조병관교수님_온실가스를 바이오 물질로 전환…미생물 활용한 '인공광합성' 성공 생명과학과 2021.03.10 763
367 조병관 교수님_Antibiotic tolerance study paves way for new treatments 생명과학과 2021.02.19 1736
366 조병관 교수님_Antibiotic tolerance study paves way for new treatments 생명과학과 2021.03.03 723
365 조병관 교수님_ 미생물 이용한 탄소 가스 활용기술 개발 file 생명과학과 2020.03.27 3427
364 조병관 교수님 _Newly discovered metabolic pathway uses single carbon gases as a feedstock file 생명과학과 2020.11.20 3599
363 조병관 교수, 세계경제포럼 Young Scientist 에 선정! 과사무실 2012.09.17 13920
362 제5회 연구노트 경진대회(Lab Note Contest) 시상식 file 생명과학과 2020.04.03 4398
361 제1회 젊은 파스퇴르상 카이스트 석권! 과사무실 2010.03.02 11736
360 정형록 박사과정 학생, 최광욱 교수 Development Cell 게재(2016.02) / Hyung-Lok Chung, a Ph.D candidate and Prof. Kwang-Wook Choi published a paper in Dev. Cell (2016.02) 생명과학과 2016.03.11 12049
359 정현정교수_ 커피링 효과로 감염병 신속진단 기술 개발 생명과학과 2020.09.17 2322
358 정현정 교수님_도파민의 성질로 박테리아 생장의 실시간 탐지 기술 개발​ 생명과학과 2020.12.09 1309
357 정현정 교수, 한국 로레알-유네스코 여성과학자상 펠로우십 수상 file 생명과학과 2019.07.04 5594
356 정종경 교수 이달의 과학기술자상 12월 수상자로 선정 과사무실 2006.12.11 12329
355 정인경 교수님_유전자 온-오프 스위치 비밀 밝히는 정인경 카이스트 교수 생명과학과 2021.07.26 1052
354 정인경 교수님_KAIST, 전 세계 최대 규모의 3차원 암 게놈 지도 구축 생명과학과 2020.12.29 1243
353 정인경 교수, 인체 조직읜 3차원 게놈지도 해독 file 생명과학과 2019.09.25 4566
352 정유진 석사과정 학생, 조병관 교수 Nature Communications 논문 게재(2016.06) / Yujin Jeong, a Master's degree student and Prof. Byung-Kwan Cho published a paper in Nature Communications (2016.06) 생명과학과 2016.06.07 14194
» 정원석 교수님_국내 연구진, 우리 뇌가 계속 일할 수 있는 이유 밝혀 생명과학과 2021.02.26 1611
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 22 Next
/ 22