DGIST 공동 연구팀, 뇌 속 억제성 시냅스 조절 기전 규명
DGIST 공동 연구팀, 뇌 속 억제성 시냅스 조절 기전 규명
  • 임지연 기자
  • 승인 2020.02.12 09:11
  • 댓글 0
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신규 뇌전증 치료제 개발 기대
뇌·인지과학전공 엄지원 교수(왼쪽)와 석박사통합과정 김승준(앞), 김현호(뒤) 씨

[대학저널 임지연 기자] DGIST(총장 국양) 뇌·인지과학전공 엄지원 교수, 고재원 교수 공동연구팀이 억제성 시냅스 기능을 조절해 뇌전증을 치료할 수 있는 신규 후보표적을 발견했다. 이번 연구 성과는 난치성 뇌질환 중 하나인 뇌전증 등의 신규 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다.

뇌전증은 우리나라 인구의 1%에 이르는 높은 유병율을 보이는 뇌질환 중 하나로, 중추신경계의 약 30% 이상이 기존 약물치료에 잘 반응하지 않는 난치성 타입이다. 특히 고혈압, 당뇨병, 뇌출혈 등과 동반 발생하는 뇌전증 경련은 전체 인구의 10~15%에 달하며 다양한 원인에 의해 발생한다. 하지만 뇌의 어느 부분에서 시작되며, 어떻게 뇌의 다른 부위로 퍼져 나가고, 이에 따른 증상을 제어하는 구체적인 기전들에 대해서는 잘 알려져 있지 않았다.

엄지원 교수 연구팀은 뇌질환과 연관된 억제성 시냅스의 발달을 매개하는 핵심 분자들을 꾸준히 발굴하고 그 기능을 연구해 왔다. 2016년 억제성 시냅스 단백질인 IQSEC3를 최초로 발견했는데, 이번 연구에서는 IQSEC3 단백질이 기억, 학습 등 뇌의 고등기능을 매개하는 부위인 ‘해마 치아이랑(hippocampal dentate gyrus)’ 내 신경회로 활성을 조절해 억제성 시냅스 발달을 매개하는 새로운 분자기전을 발견했다. 

이를 규명하고자 IQSEC3 단백질을 없애주는 낙다운(knockdown) 바이러스를 제작, 생쥐 해마 치아이랑에 주입했다. 생쥐는 심한 경련증세를 보이며 억제성 시냅스 숫자와 신경전달이 감소함을 확인했다. 이로써 IQSEC3 단백질이 억제성 시냅스 구조 및 기능을 매개하는 핵심 인자임을 규명했다. 

또한 해마 치아이랑 내 다양한 신호를 전달하는 호르몬인 ‘소마토스타틴(somatostatin)’ 펩타이드양이 급격히 감소돼 있음을 발견했는데, 해당 세포에 소마토스타틴 펩타이드를 다시 주입할 경우 IQSEC3 결핍으로 발생했던 억제성 시냅스 기능 이상과 경련증세가 완전히 회복함을 확인했다.

엄지원 교수는 “뇌신경세포 신경전달을 조절하는 소마토스타틴이 억제성 시냅스 발달을 매개하는 중요 단서를 찾았다”며 “뇌전증 뿐 아니라 흥분성-억제성 균형이 망가져 발생하는 다양한 난치성 뇌질환의 신규 치료 전략으로 이용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구성과는 DGIST 뇌·인지과학전공 고재원 교수와 엄지원 교수가 공동 교신저자로, 김승준·김현호 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다.

연구는 권위 있는 국제학술지인 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 2월 11일자 온라인에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

*억제성 시냅스(GABAergic synapse) : 시냅스는 뇌속 신경세포 사이에서 신호가 전달되는 구조적 장소를 말하는데, 억제성 시냅스는 다른 신경세포로부터의 신호 전달을 억제함으로써 신경계의 고차적인 통합작용을 가능하게 한다.

*신경회로(neural circuit) : 뇌신경세포들이 특이적 패턴을 통해 물리적, 기능적으로 연결된 시냅스 (synapse)들의 총체. 신경회로의 숫자는 셀 수 없이 다양하며, 이들 신경회로 지도를 다양한 모델동물에서 완성하고자 하는 커넥톰 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

*낙다운(Knockdown:KD) : 유전자 발현 수준을 낮추는 유전기법 중 하나로 microRNA, shRNA, siRNA 등 다양한 RNA 간섭 기전들을 활용해 생명과학 연구에 널리 사용되고 있다.


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