한국뇌연구원 이계주 박사 연구팀, 신경 단백질의 새로운 시냅스 강화 기능 발견

【브레이크뉴스 대구】이성현 기자= 한국뇌연구원(KBRI, 원장 서판길)은이계주·김윤주 박사 등 한국뇌연구원이 주도한 국제공동 연구팀(미국 조지타운대학 참여)이 신경 단백질(MAP2)의 새로운 시냅스 강화 기능을 발견했다고 6일 밝혔다.

연구결과는 생물학 분야의 저명 학술지 'FASEB Journal’ 온라인 판에 게재됐으며, 논문명은 Microtubule-associated protein 2 mediates induction of long-term potentiation in hippocampal neurons '시냅스 장기강화를 유도하는 미세소관결합단백질 2의 신기능 규명'이며 저자는 김윤주(제1저자), 장유나, 김지영, 김나리, 노슬기, 김혜연, Bridget Queenan, Ryan Bellmore, 문지영, 박형주, 라종철, Daniel Park, 이계주(교신저자)다.

우리 뇌에 존재하는 신경세포들은 시냅스(synapse)라는 연접부위를 통해 소통하는데, 시냅스는 평생에 걸쳐 새로이 형성, 유지되고 소멸하면서 뇌의 기능을 조절한다. (시냅스 가소성)

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.

MAP2 (미세소관결합 단백질 2) : 주로 신경세포의 수상돌기에서 특이적으로 발현하며, 수상돌기의 성장에 중요한 인자로 알려져 있었다.

연구팀은 동물모델의 해마 신경회로에서 MAP2 단백질이 결핍되면 장기강화 현상이 유도되지 않는 것을 전기신호 측정, 영상분석 등 다양한 신경생물학적 연구기법을 통해 규명했다.

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.

AMPA 수용체 : 신경세포의 흥분성 시냅스에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종으로 시냅스에서 일어나는 빠른 신경전달을 매개한다.

수상돌기 가시(dendritic spine) : 신경세포 수상돌기 표면에 작게 돌출된 구조로서, 흥분성 시냅스의 시냅스후 구조로 기능한다.

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.

본 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국뇌연구원 기관고유사업(20-BR-01-08, BR-04-01), 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발(2017M3C7A1048086), 신진연구자지원(2015R1D1A1A01058889) 과제의 도움으로 수행됐다.