[위즈뉴스] 인간의 뇌는 새로운 물건이나 사람, 환경 및 상황에 더 민감하게 반응하고 이를 기억한다. 새로움에 대한 인식은 인간의 생존에 필수적이며, 새로움을 추구하는 뇌기능은 인간의 본성과도 연관이 있다.
하지만 이와 관련된 구체적 기전에 대해서는 알려진 바가 거의 없었다.
기초과학연구원(IBS)은 지난달 20일, 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀이 ‘새로움’을 인식하는데 관여하는 시냅스 기전 및 신경회로를 발견했다고 밝혔다.
이번 연구결과를 담은 논문은 생의학 및 생명과학분야 SCI급 국제학술지인 '이라이프(eLife, IF=7.551)' 3월 6일자에 게재됐다. 논문 제목은 'Presynaptic PTPs regulates postsynaptic NMDA receptor function through direction adhesion-independent mechanisms'이다.
이번 연구는 신경전달의 기본 단위인 시냅스 형성과정의 이해는 물론 인간의 뇌에서 ‘새로움’ 인식에 관여하는 신경회로를 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다.
뇌는 수많은 신경세포(neuron)로 이루어져 있으며, 이 신경세포는‘시냅스(synapse)’라는 작은 구조물(약 0.5 마이크론의 크기)을 통해서 서로 소통한다.
시냅스는 전-시냅스(presynapse)와 후-시냅스(postsynapse)가 서로 접착되어 만들어 지는데, 전-시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후-시냅스가 수용체를 통해 신경전달물질을 감지하는 방식으로 신경전달(synaptic transmission)이 일어난다.
시냅스 형성의 가장 중요한 과정은 전-시냅스와 후-시냅스가 서로 제 짝을 찾아 올바른 신경회로를 만드는 것인데, 이 과정을 매개하는 것이 시냅스 접착 단백질로 시냅스 형성에 이들이 주로 관여한다는 사실만 밝혀졌을 뿐, 추가적인 기능에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.
시냅스 형성의 또 다른 중요한 과정은 새로 형성된 시냅스의 후-시냅스 위치에 신경전달물질의 수용체가 위치하고 안정화되는 것인데 기존의 연구를 통해 해마(hippocampus)와 신경전달물질 수용체의 하나인 NMDA 수용체 신경세포 흥분성 시냅스에서는 전-시냅스(presynapse)으로부터 글루탐산 신경전달물질(Neurotransmitter)이 시냅스틈(synaptic cleft)으로 방출되고, 시냅스틈의 글루탐산이 시냅스후 막에 존재하는 글루탐산 수용체에 결합함으로써 신경전달(synaptic transmission)이 일어난다.
NMDA 수용체는 후-시냅스 막에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종으로, 글루탐산과 결합 시에 나트륨, 칼슘은 신경세포 안으로 들어오고, 칼륨은 신경세포 밖으로 나가는 이온통로로 기능한다.
후-시냅스 막에 존재하는 NMDA 수용체는 기억 형성이나 제거에 중요한 것으로 오랫동안 알려져 왔으며, 기능에 이상이 생길 경우 자폐증이나 조현병 등을 유발한다는 가설도 있다.
연구팀은 전-시냅스에 위치한 ‘PTPσ’라는 시냅스 접착 단백질이 기억을 매개하는 것으로 알려진 NMDA 수용체가 위치하고 안정화될 수 있도록 도와 기능을 조절한다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 생쥐 실험을 통해 PTPσ가 결손된 생쥐는 시냅스 형성 자체에는 별다른 문제점이 없었음에도 새로움을 인식하지 못한다는 사실을 증명했다.
이번 연구를 이끈 김은준 단장은 “시냅스 접착 단백질의 하나인 PTPσ가 단순히 전-시냅스와 후-시냅스를 연결하는 ‘접착제’가 아니라 새로운 자극에 대한 인식능력을 조절하고 관련 신경회로를 활성화시키는 물질이라는 사실을 밝혀냈다”며 “이 연구가 관련 뇌질환의 발병 기전 이해 및 향후 뇌인지 기능 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.
