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뇌신경세포 신호전달 규명DGIST 고재원 교수팀, 뇌 신호 전달을 지휘하는 시냅스 접착단백질 PTPσ 발굴
조충연 기자  |  dw@doctorw.co.kr
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승인 2020.06.17  16:07:23
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▲ PTPσ 조건부 녹아웃 마우스 해마 신경회로 내 흥분성 시냅스 숫자와 신경전달물질 방출 변화 분석
PTPσ 단백질을 삭제시킨 형질전환마우스의 해마 영역 내 특정 신경회로에서 흥분성 시냅스 숫자와 신경전달물질(글루타메이트) 분비가 저해됨을 분석했다.

한국보건산업진흥원(원장 권덕철)은 대구경북과학기술원 뇌·인지과학전공(고재원 교수), 서울대학교 치의학대학원(최세영 교수) 공동연구팀이 뇌 신호 전달을 지휘하는 핵심 단백질 PTPσ를 발견했다고 밝혔다.

이것은 해마의 특정 신경회로 내에서 시냅스 접착단백질 PTPσ의 새로운 작용기전을 입증해 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공한 것이다.

알츠하이머병을 포함한 우울증, 자폐증, 조현병 등 대부분의 정신 질환이 뇌의 시냅스 접착단백질의 기능 이상과 깊은 관련이 있다는 것은 학계에서 널리 알려진 사실이다. 그러나 접착단백질의 세부 기능에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.

뇌는 수많은 신경세포(뉴런)로 이루어져 있으며, 신경세포는 시냅스를 통해 서로 의사소통을 한다. 시냅스는 신경세포와 신경세포를 연결해 주는 역할을 하는 정보전달의 기본단위로 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)로 구성돼 있다.

한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 시냅스를 형성해 다양한 신경회로를 만들고, 이를 통해 학습, 기억 등의 모든 뇌기능을 담당한다.

뇌 기능이 제대로 작동하려면 신경회로가 올바르게 연결돼야 하고, 이 때 시냅스가 제 기능을 해야 한다. 시냅스 기능 이상, 즉, 시냅스 접착단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌질환이 일어난다.

따라서, 시냅스 접착 단백질의 기능을 온전히 알게 되면 뇌질환 치료 또는 진단을 위한 바이오마커를 발굴하는 데 기여할 수 있다.

연구팀은 시냅스 접착단백질 중 하나인 PTPσ 조건부 녹아웃 마우스를 이용해 PTPσ가 전시냅스 접착단백질로서 신경전달물질 방출을 지휘하는 핵심인자임을 확인했다.

또한, 해마 내 특정 신경회로에서 PTPσ 단백질이 후시냅스 글루탐산 수용체 반응에 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.

이것은 PTPσ가 글루탐산 수용체 반응을 조절한다는 기존 연구들과는 다른 결과로, 동일한 시냅스 단백질이 같은 뇌영역 내 다른 신경회로에서 각기 다른 작동기전을 통해 시냅스 기능을 수행하는 새로운 시냅스 작동 모델을 제안했다.

DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 신경계 발달에 관여하는 시냅스 접착단백질 PTPσ의 보편적 기능뿐 아니라 해마의 특정 신경회로 내 기능도 세계 최초로 입증했다. 향후 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공했다는 데 의미가 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업(세계선도의생명과학자육성)으로 수행됐으며, 국제학술지 iScience에 논문명 ‘PTPσ Controls Presynaptic Organization of Neurotransmitter Release Machinery at Excitatory Synapses’, (제1저자) 경아 연구교수(DGIST), (교신저자)고재원 교수(DGIST), 최세영 교수 (서울대학교) 등으로 5월 28일자에 온라인 게재됐다.

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