한국보건산업진흥원은 대구경북과학기술원 뇌·인지과학전공(고재원 교수), 서울대학교 치의학대학원(최세영 교수) 공동연구팀이 뇌 신호 전달을 지휘하는 핵심 단백질 PTPσ를 발견했다고 12일 밝혔다.
PTPσ는 해마의 특정 신경회로 내에서 시냅스 접착 단백질로, 이번 연구를 통해 새로운 작용기전을 입증해 뇌질환 치료를 위한 실마리를 찾았다.
뇌 기능이 제대로 작동하려면 신경회로가 올바르게 연결돼야 하고, 이때 시냅스가 제 기능을 해야 한다. 시냅스 기능 이상, 즉, 시냅스 접착단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌질환이 일어난다.
그간 알츠하이머병을 포함한 우울증, 자폐증, 조현병 등 대부분의 정신 질환이 뇌의 시냅스 접착단백질의 기능 이상과 깊은 관련이 있으나, 접착단백질의 세부 기능에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.
시냅스 접착 단백질의 기능을 온전히 알게 되면 뇌질환 치료 또는 진단을 위한 바이오마커를 발굴하는 데 기여할 수 있다. 그림 = PTPσ 조건부 녹아웃 마우스 해마 신경회로 내 흥분성 시냅스 숫자와 신경전달물질 방출 변화 분석.
이에 연구팀은 시냅스 접착단백질 중 하나인 PTPσ 조건부 녹아웃(conditional knockout·특정 시간에 유전자 삭제가 이루어지도록 조작한 형질전환동물) 마우스를 이용해 PTPσ가 전시냅스 접착단백질로서 신경전달물질 방출을 지휘하는 핵심인자를 확인했다.
신경전달물질(neurotransmitter)은 시냅스 전달 과정에서 신경세포 간 의사소통을 위해 사용하는 물질로, 전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 받아 신경전달이 일어난다.
또한 해마 내 특정 신경회로에서 PTPσ 단백질이 후시냅스 글루탐산 수용체 반응에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
이는 PTPσ가 글루탐산 수용체 반응을 조절한다는 기존 연구들과는 다른 결과로, 동일한 시냅스 단백질이 같은 뇌영역 내 다른 신경회로에서 각기 다른 작동기전을 통해 시냅스 기능을 수행하는 새로운 시냅스 작동 모델을 확인한 것이다.
DGIST 고재원 교수는 "신경계 발달에 관여하는 시냅스 접착단백질 PTPσ의 보편적 기능뿐 아니라 해마의 특정 신경회로 내 기능도 세계 최초로 입증했다"면서 "향후 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공했다는 데 의미가 있다"고 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업(세계선도의생명과학자육성)으로 수행되었으며, 국제학술지 셀 (Cell)의 자매지인 아이사이언스(iScience) 5월 28일자로 온라인에 게재됐다.
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