IBS(기초과학연구원·원장 노도영)는 김은준 시냅스 뇌질환 연구단 연구팀이 '새로움'을 인식하는데 관여하는 시냅스 기전과 신경회로를 발견했다고 20일 밝혔다.

뇌는 많은 신경세포로 이뤄져 있다. 신경세포는 시냅스(synapse)라는 작은 구조물(약 0.5 마이크론)을 통해 서로 소통한다. 시냅스는 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)가 접착돼 만들어진다. 전시냅스에서 신경전달 물질을 내보내면 후시냅스가 수용체를 통해 신경전달 물질을 감지하는 방식으로 신경전달이 일어난다.

때문에 시냅스 형성의 가장 중요한 과정은 전시냅스와 후시냅스가 서로 제 짝을 찾아 올바른 신경회로를 만드는 것이다. 또 후시냅스 위치에 신경전달물질의 수용체가 잘 위치하고 안정화돼야 한다. 기존 연구를 통해 해마와 신경전달물질 수용체의 하나인 NMDA의 중요성이 밝혀진바 있다. NMDA 수용체는 기억 형성이나 제거에 중요한 것으로 알려져왔다. 기능에 이상이 생길경우 자폐증이나 조현병을 유발한다는 가설도 있다.

연구팀은 'PTPσ'라는 시냅스 접착 단백질이 NMDA 수용체가 제위치에 안정화될 수 있도록 도와 기능을 조절한다는 사실을 밝혀냈다.

생쥐 실험을 통해 연구팀은 'PTPσ' 시냅스 접착 단백질이 생체 내에서 어떤 메커니즘에 관여하는지, 뇌기능과 행동에 어떤 영향이 있는지 조사했다. 그 결과  'PTPσ'가 결손된 생쥐는 시냅스 형성 자체에는 별다른 문제점이 없음에도 새로움을 인식하지 못한다는 사실을 확인했다.

생쥐의 상호작용 실험에서는 PTPσ단백질이 결손된 생쥐는 물체와 생쥐가 놓여있을 때 생쥐와 사회적 상호작용을 잘했다. 하지만 다른 생쥐로 바뀌었을 때 새로운 생쥐를 인식하지 못했다.

이처럼 새로움을 인식하지 못하는 것에 대해 연구팀은 해마의 특정 신경회로와 NMDA 수용체 결손에 따른 것으로 해석했다. 그러면서 PTPσ 단백질 정보를 담고 있는 PTPRs 유전자를 다시 보충하면 NMDA 수용체 기능이 정상화되면서 새로움 인지 뇌기능도 개선된다는 것을 확인했다.

김은준 단장은 "시냅스 접착 단백질의 하나인 PTPσ가 단순히 전시냅스와 후시냅스를 연결하는 '접착제'가 아니라 새로운 자극에 대한 인식능력을 조절하고 관련 신경회로를 활성화시키는 물질이라는 사실을 밝혀냈다"며 "이 연구가 관련 뇌질환의 발병 기전 이해와 향후 뇌인지 기능 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다"고 말했다. 

이번 연구결과는 이라이프(eLife; IF = 7.551)에 지난달 6일자로 게재됐다.