퇴행성 뇌 질환 등 정신질환 원인 단서 발견…뇌 질환 치료제 개발 기대

▲고재원 교수. (사진제공=대구경북과학기술원)

국내 연구진이 퇴행성 뇌 질환이나 다양한 정신질환 등의 원인을 밝혀낼 단서를 찾았다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 뇌ㆍ인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착 단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다.

뇌는 수많은 신경세포로 이뤄져 있고 다른 신경세포들과 연결돼 다양한 신경회로를 형성해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당한다. 신경세포 간 연결 부위 역할을 하는 시냅스는 전(前) 시냅스(presynapse)와 후(後) 시냅스(postsynapse)로 구성되는데, 전 시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후 시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다.

이때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질이다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다.

▲뉴렉신(Nrxn)과 PTP 시그마 접착 단백질 간 상호작용을 통한 시냅스 발달 작동기전 모델. (사진제공=대구경북과학기술원)

고재원 교수 연구팀은 전 시냅스의 여러 접착 단백질 중 PTP 시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 상호 작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했다. 또한, 이러한 상호작용은 동물 세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했다.

연구팀은 PTP 시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전 시냅스 봉오리 숫자를 분석했다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했다.

고 교수는 “이번 연구는 시냅스 접착 단백질인 PTP 시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전 시냅스 및 후 시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것”이라며 “지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 밝혔다.