“뇌 신경세포 여닫는 분자 레버 찾았다”···DGIST, 뇌 질환 치료 새로운 실마리 규명

[사진=DGIST] 

[이뉴스투데이 백연식 기자] 서병창 DGIST 뇌과학과 서병창 교수 연구팀이 신경세포의 신호 전달에 핵심적인 역할을 하는 ‘N형 전압 개폐성 칼슘 채널(CaV2.2)’을 조절하는 새로운 분자 작동 원리를 세계 최초로 규명했다.

DGIST는 연구팀이 채널이 열리고 닫히는 원리를 새롭게 밝혀냄으로써 향후 뇌 질환 신약 개발에 중요한 단초를 제공했다고 22일 밝혔다.

신경세포는 전기 신호를 화학 신호로 변환해 다음 세포로 정보를 전달한다. 이 과정에서 전압 개폐성 칼슘 채널을 통해 칼슘 이온이 세포 안으로 들어오는 것이 가장 필수적인 단계다. 서병창 교수 연구팀은 이 칼슘 채널을 여닫는 일명 ‘분자 레버’의 존재와 작동 원리를 밝혀내 차세대 뇌 질환 치료제 개발의 실마리를 풀었다.

칼슘 채널에 결합하는 보조 단백질인 ‘베타(β) 소단위체’의 종류에 따라 채널이 열려 있는 시간이 달라지는데, 그동안 이 소단위체가 채널의 구조를 구체적으로 어떻게 변화시키는지는 미지의 영역이었다.

연구팀은 다양한 베타 소단위체 모델을 비교 분석한 결과, 보조 단백질이 결합하는 채널의 특정 부위(I-II 루프의 시작점인 R370)가 특이하게 구부러져 있는 것에 주목했다. 연구 결과, 이 R370 부위를 축으로 해당 루프가 마치 ‘레버’처럼 작동하여 결합하는 베타 소단위체의 종류에 따라 채널의 구조를 각기 다른 각도로 변화시킨다는 원리를 규명했다. 즉, 분자 레버의 움직임에 따른 칼슘 채널의 구조 변화 모델을 세계 최초로 제시한 것이다.

나아가 연구팀은 채널이 열리고 닫히는 상태를 전기 생리학 기법으로 측정하고 동역학 모델링을 적용해 이러한 구조 변화가 신경세포 신호 전달에 매우 중요한 과정임을 입증했다. 이번 발견은 칼슘 채널이 관여하는 신경병증성 통증, 뇌전증, 자폐 스펙트럼 장애, 알츠하이머병 등 다양한 난치성 뇌 질환의 치료제를 개발하는 데 새로운 이정표가 될 전망이다.

서병창 DGIST 뇌과학과 교수는 “오랜 시간 의문으로 남았던 베타 소단위체 결합에 따른 칼슘 채널의 동역학적, 구조적 변화 원리를 이번 연구를 통해 명확히 규명했다”며 “새롭게 밝혀낸 칼슘 채널의 분자 레버 기작이 향후 뇌 질환 신약 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 ‘기초연구실’, ‘뇌과학선도융합기술개발’, ‘핵심개인기초연구’ 사업의 지원을 받아 수행됐다. DGIST 뇌과학과 우진녕 학석박연계과정생이 제1저자로, 김정은 연구원이 공동연구자로 참여한 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)’에 2026년 7월 게재됐다.