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
349 정원석 교수님_KAIST, 신경세포의 흥분성 증가로 인한 뇌 질환 기제 규명 생명과학과 2021.06.03 1342
348 정원석 교수님_Astrocytes eat connections to maintain plasticity in adult brains 생명과학과 2020.12.28 1763
347 정원석 교수_ 삼성전자, ‘세계 알츠하이머의 날’ 맞아 연구원 노력 담은 영상 공개 생명과학과 2020.09.21 2584
346 전상용교수님_항암제 표적 단백질을 약물 전달체로 쓴다?​ file 생명과학과 2020.08.26 2868
345 전상용,이대엽 임성갑 교수, 암 줄기세포 제작 원천기술 개발 file 생명과학과 2018.11.30 6708
344 전상용, 송지준 교수님_다양한 변이에도 면역 가능한 인플루엔자 백신 개발 생명과학과 2021.06.30 708
343 전상용 교수님_Researchers review future directions of nanomedicine development 생명과학과 2020.12.28 984
342 전상용 교수님_ 면역항암제 효율 높인 나노입자 백신 개발 file 생명과학과 2020.06.17 3200
341 전상용 교수, 차세대 면역항암제 플랫폼 개발 위한 공동연구협약 체결 / Professor Sangyong Jon, make a research-cooperation contract for developing next-genreation anti-cancer drug platform 관리자 2016.01.08 16106
340 전상용 교수, 암 치료를 위한 새로운 펩타이드-항체 복합체(하이브리드) 기술 개발 file 생명과학과 2019.02.21 6075
339 전상용 교수, 몸 속 물질 이용한 염증 치료제 개발 / Prof. Sang-Yong Jon developed anti-inflammatory drug using biological materials 생명과학과 2016.06.15 19987
338 전상용 교수, Theranostics 저널 최다 피인용 논문상 수상 / Professor Sangyong Jon receives The Most Cited Paper Award by the “Theranostics” Journal 과사무실 2015.04.21 12499
337 전상용 교수, Cancer Research게제(2014.2) 과사무실 2014.03.12 13125
336 전상용 교수, ACS Nano 게재(2014.2) 과사무실 2014.03.12 12660
335 전상용 교수, 94회 일본화학회 정기학회 'Distinguished Lectureship Award' 수상 과사무실 2014.04.02 13028
334 전상용 교수, 2012년도 「글로벌연구실(GRL)」신규 지원과제에 선정! 과사무실 2012.08.17 12551
333 전상용 교수, 2009~2014 기초학문 약학분야 9위 선정 생명과학과 2016.10.04 15897
332 전상용 교수 연구팀, 금 알갱이로 항암백신을 만들다 과사무실 2012.08.17 11742
331 자연과학대학 우수 강의 교원 및 우수 직원 포상 과사무실 2007.03.29 10622
330 임정훈 박사 한국분자・세포생물학회 우수박사학위논문상 수상 과사무실 2004.09.09 14172
Board Pagination Prev 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 22 Next
/ 22