학습·기억 능력 증진…자폐·조현병 등 뇌 질환 치료 기대
(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 기억 및 교세포 연구단과 한국뇌연구원(KBRI) 공동 연구진이 별세포를 이용해 원하는 시냅스를 정밀 제거한 뒤 뇌 회로를 재구성하는 '신트로고' 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
나무 가지치기를 통해 남게 된 가지들이 더 튼튼하게 자라듯 살아남은 시냅스의 구조·기능이 강화되면서 학습·기억 능력도 향상됐다.
이번 연구는 시냅스 제거로 뇌 회로의 구조와 기능 자체를 변화시킨 첫 사례로, 자폐·조현병 등 퇴행성 뇌 질환 치료에 새로운 패러다임이 열릴 것으로 연구진은 기대했다.
연구진은 면역세포가 상대 세포의 일부분만 마치 뜯어 먹듯 떼어내 제거하는 '트로고사이토시스'현상에 착안해 이를 인위적으로 유도하는 합성 단백질을 제작했다.
신경세포의 시냅스에는 형광단백질(GFP·특정 빛을 받으면 초록색으로 빛나는 단백질로 세포나 단백질 위치를 확인하는 데 사용됨)을, 별세포에는 이에 결합하는 나노바디(특정 단백질을 정확히 인식해 결합하는 작은 항체 단백질) 수용체를 발현시켜 두 세포가 강하게 결합하도록 설계했다.
그 결과, 별세포가 표적 시냅스 부위를 효과적으로 포획하고 제거하는 데 성공했다. 이는 별세포가 신경세포 전체를 손상하지 않고 목표한 시냅스만을 떼어먹어 뇌 회로를 편집하도록 만드는 '신트로고' 기술로, 생쥐의 해마 신경회로에 적용하자 시냅스 밀도가 약 27% 감소했다.
일반적으로 시냅스가 줄면 뇌 기능도 저하된다고 생각하기 쉽지만, 흥미롭게도 살아남은 시냅스들의 크기가 커지고 기능이 대폭 강화되는 등 '양적 감소'가 '질적 향상'으로 이어졌다.
신트로고 기술이 적용된 생쥐는 약한 자극으로 형성된 공포 기억을 더 선명하고 오래도록 유지했으며, 기억 소거 후에는 기존 기억에 고착되지 않고 새로운 기억으로 유연하게 대체하는 능력을 보였다고 연구진은 설명했다.
KBRI 이계주 책임연구원은 "시냅스가 감소한 상황에서도 뇌 회로가 스스로 적응하고 기능을 강화하는 근본 원리를 규명했다"며 "다양한 뇌 질환 모델에서 인지 기능 회복을 위한 중요한 단서를 제공할 것"이라고 밝혔다.
IBS 이창준 단장은 "이번 연구는 시냅스 수의 이상으로 발생하는 조현병이나 자폐증, 혹은 시냅스 손실이 특징인 퇴행성 뇌 질환 치료를 위한 새로운 플랫폼이 될 것"이라고 말했다.
kjunho@yna.co.kr
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