Science
새롭게 발견된 뇌회로 조절 단백질
장종엽엔에스
2010. 1. 6. 22:48
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-02 | |||
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현대 분자 유전학보다 136년이나 더 오래된 연구기술과 결합하여 미국 존스 홉킨스 연구진이 어떻게 포유동물의 뇌가 복잡한 뇌회로를 조절하는 분자를 예민하게 재방문 후 재사용할 수 있는지 보였다. 2009년 12월 24일자 Nature 지에 발표된 이 연구는 발달하는 신경계에서 발견되는 semaphorin 이라고 하는 단백질을 밝혀냈다. 이 단백질은 배아기에 신경세포에서 원하는 타겟으로 axon 이라 하는 필라멘트처럼 생긴 구조를 가이드한다. 물론 axon 이 일단 타겟에 도달하면 완전히 다른 역할을 맡게 된다. 출생 후 발달 및 성인기에 이 semaphorin 은 신경세포들을 화학적으로 연결하는 시냅스 형성에 관여하는 것으로 나타났다. "이 발견으로 인해 우리는 어떻게 semaphorin 이 여러 시냅스 및 의식을 담당하는 뇌의 일부분에서의 분배를 조절하는지 이해할 수 있었다. 즉, 행동을 조절하는 신경회로 집합에 대한 이해를 높힌 것이다." 라고 존스 홉킨스 대학의 David Ginty 교수가 설명했다. 뇌의 활동은 어떻게 그리고 어디서 이들 연결부위들이 형성되는지에 달려있기에 이 새롭게 발견된 semaphorin 의 역할은 자폐증, 정신분열증, 간질 등의 각종 신경질환에 대한 초기 모델을 잡는데 도움이 될 것으로 보인다. Tracy Tran 박사는 semaphorin 이 없는 쥐와 이의 수용체인 neuropilin 이 없는 쥐를 이용하여 쥐 뇌의 신경세포 해부를 보는 Golgi 기술이라는 고전적인 염색방법을 이용했다. Tran 박사는 정상적인 동물에 비해 semaphorin 이나 neuropilin 이 없는 뉴론의 dendrite 에서는 특정 장소에서 마구 생겨나는 더 많은 숫자의 `spines` 를 관찰할 수 있었다. Tran 박사는 돌연변이된 쥐의 뉴런에는 더 많은 시냅스 및 전기적 활동이 있을 것이라고 추정했다. 연구진은 이 가설을 전자현미경하에서 더 얇은 뇌 조각을 관찰해 맞는지 알아봤다. Semaphorin 이나 neuropilin 이 없는 쥐의 spine 들은 아주 커져 있었다. 또한 정상적인 쥐에서는 spine 당 하나의 연결을 보았지만 돌연변이쥐에서는 여러개로 나뉘어져 있었다. 다음으로 연구진은 돌연변이쥐와 정상쥐에서의 전기적 결과를 기록했다. 이 실험에서도 돌연변이쥐에서 전기적 활동이 2.5배 더 자주 관찰되었다. 따라서 이러한 비정상적 시냅스 전송은 시냅스의 늘어난 숫자에 기인한 것으로 판명되었다. 시냅스가 적절한 위치 또는 부적절한 위치에서 형성 또는 비형성되도록 하는 것은 신경계 발달에서 아주 중요하지만 거의 이해되지 않은 과정이라고 Kolodkin 은 말했다. (이번에 연구된 뉴론은 다른 뉴론과 만개의 시냅스연결도 가질 수 있다.) 만약 뉴론간의 연결이 있어야 할 곳에 적절히 형성되지 않는다면 비정상적인 communication 이 일어나고 회로가 제 기능을 못한다. 따라서 여러 장애가 나타날 수 있는 것이다. "발작은 신경회로가 마구 생겨난다는 것을 말한다. 즉 사람의 간질과 같은 의미를 지닌 무언가가 이들 동물들에 없는 것이다. 정신분열증과 자폐증도 발달단계에서 뭔가가 잘못된 것이다. 즉, 시냅스 형성이 적절한 위치에서 적절한 수만큼 있지 않다면 어떤 장애가 생겨날 수 있다. 예를 들면 이 semaphorin 이나 이의 수용체가 없는 쥐들에서의 spine 결핍은 어떤 특정 물질 X 가 있는 다른 쥐에서와 매우 유사한 것이다." 라고 Kolodkin 는 강조했다.
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