뇌에서 신경세포 연결을 주환하는 시냅스 접착단백질에 의한 새로운 흥분성 시냅스 작동 원리를 군내 연구진이 처음 규명했다.
고재원·엄지원 연세대 공동연구팀은 LRRTM3 단백질이 해마의 치아이랑 과립세포 (dentate gyrus granule cell)의 흥분성 시냅스 구조 및 기능 유지에 중요함을 증명하였다. LRRTM 단백질은 흥분성 시냅스 발달에 특이적으로 작용하는 시냅스 접착단백질 중 하나로서 단백질-단백질 상호작용에 관여하는 LRR (leucinr-rich repeat) 도메인을 다수 갖고 있다. LRRTM3 단백질은 뇌의 중추신경계에서 강하게 발현되는 단백질로서, 이 유전자의 기능에 이상이 생길 경우 자폐, 알츠하이머 등의 뇌질환과 연관성이 있음이 알려져 있다. 치아이랑은 기억 및 학습 등에 관여하는 주요 뇌 부위 중 하나인 해마(hippocampus)의 일부 영역으로서 신경세포 재생(neurogenesis)이 일어난다.
특히 LRRTM3 단백질은 다른 LRRTM 단백질들과 마찬가지로 neurexin 및 glypican 단백질과 시냅스 접착을 매개하는데, 이 중 neurexin간의 선택적인 접착을 매개하여 시냅스 발달을 매개함을 보여주었다. Neurexin은 신경세포 전 시냅스에 존재하는 막 단백질로써 시냅스의 중요한 기능을 매개하는 핵심 시냅스 접착단백질. LRRTM3과 마찬가지로 자폐, 정신분열 등과 같은 다양한 뇌질환과 연관성이 있음이 인간유전학 연구를 통해서 잘 알려져 있다. glypican 단백질은 신경세포 전 시냅스에 존재하는 막 단백질 중 하나로 다양한 세포외 기질 물질들과 결합하며, LRRTM3, neurexin과 마찬가지로 자폐 등의 뇌질환과 연관성이 있다.
▲ 신경세포막에 존재하는 단백질 중 하나인 LRRTM3 단백질이 기억과 학습에 관련된 뇌부위 중 하나인 해마의 치아이랑에서 흥분성 시냅스 발달에 관여하는 새로운 사실이 밝혀졌다.
연구팀은 또한 LRRTM3 단백질이 생성되지 않는 유전자 조작 실험쥐의 해마 치아이랑을 조직염색 하였을 때 흥분성 시냅스의 수가 정상쥐에 비해 현저히 감소되었으며, 전기생리학적 특성을 측정 시 흥분성 시냅스의 신경전달 또한 정상쥐에 비해 감소되어 LRRTM3 단백질이 해마 치아이랑의 흥분성 시냅스 발달에 매우 중요한 인자로 작용하고 있음을 약 2년 동안의 실험을 통해 증명하였다.
이번 연구 결과는 자폐 및 알츠하이머 치매 환자 등 이들 뇌질환의 병인기전 규명에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
고재원 교수는 "그 동안 시냅스 단백질의 기능 이상이 뇌 흥분성 및 억제성 균형 이상을 유발해 자폐증, 조현증과 같은 다양한 뇌정신질환을 유발하는 것으로 알려져 있지만 구체적인 작동 기전이 명확하게 규명되지 않아 치료제 개발에 어려움을 겪었다”면서, “이번 연구는 LRRTM3 단백질의 유전자 복제수 변이(CNV)가 다수 발견되는 뇌질환의 발병 원인 규명 및 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다.”고 말했다.
고재원･엄지원 교수(연세대) 공동연구팀은 미래창조과학부 기초연구사업(선도연구센터지원사업)과 교육부 학문후속세대양성사업(대통령포스트닥 펠로우십)의 지원으로 연구를 수행하였으며, 연구 결과는 자연과학분야의 국제학술지 '셀 리포트 (Cell Reports)' 온라인판 1월 15일자에 게재되었다.
글/ 정유철 기자 npns@naver.com 사진. 미래창조과학부