한국뇌연구원 이계주 박사 연구팀, 국제 학술지 발표
▲ (좌측부터) 이계주 책임연구원, 김윤주 연구원
한국뇌연구원(KBRI, 원장 서판길)은 이계주·김윤주 박사 등 한국뇌연구원이 주도한 국제공동 연구팀(미국 조지타운대학 참여)이 신경 단백질(MAP2)의 새로운 시냅스 강화 기능을 발견했다고 밝혔다. 연구결과는 생물학 분야의 저명 학술지 'FASEB Journal’ 온라인 판에 게재되었다.
우리 뇌에 존재하는 신경세포들은 시냅스(synapse)라는 연접부위를 통해 소통하는데, 시냅스는 평생에 걸쳐 새로이 형성, 유지되고 소멸하면서 뇌의 기능을 조절한다. 장기강화는 대표적 시냅스 가소성 현상으로, 반복적 자극에 의해 시냅스의 크기와 활성이 지속적으로 향상되는 상태를 말한다.
시냅스 크기와 활성의 증가를 곧 정보 저장의 원리로 보기 때문에, 장기강화는 학습과 기억을 설명하는 중요한 세포학적 기전으로 알려져 있다. 그러나 아직까지 분자 수준의 정확한 신호전달 원리에 대한 이해는 부족하다.
연구팀은 성숙한 신경세포에서 장기강화를 유도하는 데 MAP2* 단백질이 필수적으로 작용한다는 사실을 최초로 밝혔다. 연구팀은 동물모델의 해마 신경회로에서 MAP2 단백질이 결핍되면 장기강화 현상이 유도되지 않는 것을 전기신호 측정, 영상분석 등 다양한 신경생물학적 연구기법을 통해 규명하였다.
▲ 장기강화 자극에 의한 MAP2의 시냅스 이동성 규명 (출처 = 한국뇌연구원)
또한 신경세포의 수상돌기에 위치하는 MAP2가 장기강화 자극 시 시냅스로 빠르게 이동하는 현상을 실시간 세포관찰 현미경, 전자현미경으로 발견하였다. 이때, 시냅스의 활성 향상에 중요한 AMPA 수용체의 수가 많아지고, 수상돌기 가시*의 크기도 증가함을 확인하였다.
본 연구는 이제까지 수상돌기 표지단백질로만 알려졌던 MAP2가 시냅스 강화를 유도하는 과정에도 참여함으로써 궁극적으로 기억 형성에 관여할 가능성을 밝혔다는데 의의가 있다. 또한, 인류의 오랜 숙원인 “기억은 어떻게 생성되고 유지 되는가”에 대한 해답에 한 발짝 다가감으로써, 향후 치매 등 기억 관련 질환에 응용 가능한 기초 정보를 제시한 것으로 평가된다.
이번 연구를 이끈 한국뇌연구원 이계주 박사는 “MAP2의 시냅스 이동 현상이 인지행동에 미치는 영향을 후속 연구할 예정"이라며, “본 연구가 자폐증, 조현병, 알츠하이머 등 시냅스 손상성 뇌질환 연구에 중요한 원천 자료로 활용되길 바란다”고 밝혔다.
※ MAP2 (미세소관결합 단백질 2): 주로 신경세포의 수상돌기에서 특이적으로 발현하며, 수상돌기의 성장에 중요한 인자로 알려져 있었다.
글. 브레인 편집부 | 자료= 한국뇌연구원 www.kbri.re.kr