기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 김은준 시냅스 뇌질환 연구단장이 이끄는 연구팀이 '새로움'을 인식하는데 관여하는 시냅스 기전과 신경회로를 발견했다고 20일 밝혔다.
뇌 신경세포는 '시냅스'라는 작은 구조물을 통해 서로 소통한다. 시냅스는 전·후시냅스가 서로 접착돼 만들어 지는데, 전 시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후 시냅스가 수용체를 통해 감지하는 방식으로 신경전달이 일어난다.
시냅스 형성의 가장 중요한 과정은 전후 시냅스가 서로 제 짝을 찾아 올바른 신경회로를 만드는 것이다. 이 과정을 매개하는 것이 '시냅스 접착 단백질'인데, 시냅스 형성에 이들이 주로 관여한다는 사실만 밝혀졌을 뿐 추가적인 기능에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.
후 시냅스 위치에 신경전달물질 수용체가 위치하고 안정화되는 것 역시 중요한데, 기존의 연구를 통해 해마와 신경전달물질 수용체인 'NMDA 수용체'가 중요함은 밝혀졌지만, 구체적인 기전은 불명확했다.
연구팀은 전-시냅스에 위치한 'PTP 시그마(σ)'라는 시냅스 접착 단백질이 NMDA 수용체 안정화를 돕고 기능을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 시냅스는 활성 정도에 따라 구조와 기능이 변화한다는 '시냅스가소성' 특징을 가지는데, PTPσ가 탈인산화 효소 기능을 통해 후 시냅스의 NMDA 수용체 양을 증가시키고 해마 영역에서 시냅스가소성을 조절하게 되는 것이다.
연구팀은 생쥐 실험을 통해 PTPσ가 결손된 생쥐는 새로움을 인식하지 못한다는 사실을 증명했다. 3개 방으로 구성된 생쥐의 상호작용 실험에서 PTP 단백질이 결손된 생쥐는 물체와 생쥐가 놓여있을 때 생쥐와 사회적 상호작용을 잘했지만, 생쥐가 다른 생쥐로 바뀌었을 때 이를 인식하지 못했다. 이와 같은 새로움에 대한 인식 결여는 해마 특정 신경회로와 NMDA 수용체 결손에 따른 것이다. PTPσ 단백질이 해마에서 다시 발현되거나, NMDA 수용체의 기능이 정상화되면 생쥐의 새로움에 대한 인식 기능이 회복되었다.
김은준 단장은 “시냅스 접착 단백질의 하나인 PTPσ가 단순히 전후 시냅스를 연결하는 '접착제'가 아니라 새로운 자극에 대한 인식능력을 조절하고 관련 신경회로를 활성화시키는 물질이라는 사실을 밝혀냈다”며 “이 연구가 관련 뇌질환의 발병 기전 이해 및 향후 뇌인지 기능 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
