뇌질환 일으키는 비정상 시냅스 연결망 형성 원리 규명

 

- 지스트 졸업생 이한미 박사(美 스탠포드대大), 네이처(Nature) 논문 게재
- 과대망상 등의 발병에 영향 주는 면역 분자 규명…치료법 연구 새 방향 제시

 

 

 

 

 

□ 지스트(GIST․광주과학기술원․총장 김영준) 졸업생이 참여한 미국 스탠포드대학 연구팀이 과대망상증, 치매, 자폐증 등 뇌 질환 보유자에게서 발견되는 비정상적인 시냅스* 연결망에 영향을 주는 면역 분자의 존재를 밝혀냈다. 이번 성과는 뇌 질환의 원인을 규명하고 근본적인 치료법을 제시하기 위한 향후 연구에 중요한 방향을 제시한 것으로 평가된다.

  *시냅스: 뉴런과 뉴런이 서로 커뮤니케이션하는 통로이자 뉴런의 중요한 구조물로서, 시냅스 형성에 관련한 분자들이 밀집돼 있다.

 

  ○ 미국 스탠포드대학 뇌과학과 칼라 샤츠(Carla Shatz) 교수(교신저자)가 주도하고 같은 대학 박사 후 연구원인 이한미 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 최근 세계적인 과학잡지 네이처(Nature)에 게재됐다. 이한미 박사는 지난 2000년 지스트 생명과학부에서 석사학위(지도교수 박철승)를 받았다.
 ※ 논문명: Synapse elimination and learning rules co-regulated by MHC class I H2-Db

 

□ 태어날 때 무질서하게 서로 엉켜있는 인간의 뇌 신경망은 시각과 청각 등 외부 자극을 받기 이전부터 뉴런(신경세포)의 자발적 활성에 의해 시냅스 정제과정(refinement)*을 거치면서 정확한 연결망을 형성한다.

 

  ※ 시냅스 정제과정: 시냅스가 잘려 나가며 약화 및 소멸(장기시냅스약화, long-term depression, LTD)되는 동시에, 남아있는 시냅스는 유지 및 강화(장기 시냅스 강화, long-term potentiation, LTP)되면서 시냅스 연결망이 형성되는 과정

  ○ 대표적인 뇌 질환인 과대망상증, 자폐증, 치매 등은 이러한 비정상적 시냅스 정제과정과 관련이 있는데, 뇌 질환의 원인을 규명하려는 연구자들은 그 동안 휴먼 게놈 프로젝트 등을 통해 면역 분자의 유전자 변형이 비정상적 시냅스 정제과정과 관련이 있을 것으로 추측해 왔다. 하지만 구체적으로 어떤 면역 분자가 어떤 과정을 통해 비정상적인 시냅스 연결망 형성에 영향을 미치는지는 여전히 난제로 남아 있었다.

 

 

(그림 1) 두 눈으로부터 뇌로 향하는 신경 연결망의 분포를 뇌 안에서 조사한 결과. 빨간색은 왼쪽 눈, 파란색은

            오른쪽눈에서 들어오는 신경 연결망. 노란색 부분은 두 신경망이 겹쳐서 무질서하게 엉켜있을 때를 대변한다.
(왼쪽)   H2-Kb와 H2-Db가 없는 쥐의 두 눈에서 들어오는 신경망이 엉켜있는 모습 (외측 슬상핵 (LGN)전 지역에

           노란색 부분이 크게 분포한 것을 볼 수 있다.)
(오른쪽) 이 쥐의 뇌에 H2-Db만을 다시 발현시켰을 경우, 노란색 부분이 줄고 있음을 보여주는데, 이는 두 눈에서

            들어오는 신경연결망이 정상적인 뇌에서처럼 시냅스 정제과정이 제대로 이루어지기 때문이다.

 

 

□ 연구팀은 ‘시냅스 정제과정’에서 가장 많이 발현되는 두 개의 면역 분자인 H2-Db와 H2-Kb를 제거한 쥐를 대상으로 실험한 결과, 면역 분자 H2-Db의 유무가 비정상적인 시냅스 연결망 형성에 중요한 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.

 

○ H2-Db와 H2-Kb가 없는 어른 쥐의 뇌신경 연결망은 인간 태아의 뇌에서 발견되는 신경망처럼 무질서한 채로 존재하는데, 이는 시냅스 정제과정이 제대로 이뤄지지 않기 때문이다.

 

○ 연구팀은 이 쥐의 뇌에 H2-Db 분자를 다시 발현시킨 결과 뇌 신경망이 정상으로 연결됨과 동시에 H2-Db가 시냅스 정제과정을 조절한다는 것을 밝혀냈다. 또한 H2-Db와 H2-Kb 분자가 없는 쥐의 신경반응이 (뇌 질환 환자와 마찬가지로) 정상적이지 않으며, 마치 자발성활성이 없는 상태에서 발달한 무질서한 뇌신경망과 비슷함을 관찰하기도 했다.

 

 

 

 

 

(그림 2) 한 개의 외측 슬상핵(LGN) 뉴런이 눈으로부터 받아들이는 시냅스 연결망을 객관적이고 정량적으로 측정한

            그래프. 각각의 선은 활성 시냅스의 크기를 보여주고, 2개의 다른 크기(wild-type)는 2개의 연결망을 나타낸다.

            H2-Db와 H2-Kb가 없는 쥐에서는 크기가 다른 선의 개수가 큰 폭으로 증가됐는데(오른쪽 그래프), 이는 눈과

            외측 슬상핵(LGN) 뉴런 사이에 장기 시냅스 약화(활성 시냅스 연결망이 제거되지 못함)가 일어나지 않는 것을

            정량적으로 보여준다. 즉, MHC Class I 분자 체계에 있는 면역 분자 H2-Db의 유무가 불필요한 시냅스를  제거

            하는 데 중요한 역할을 하고 있음을 의미한다.

 

 

□ 이한미 박사는 “이번 연구 결과는 뇌 질환 보유자들에게서 공통적으로 발견되는 뇌 시냅스의 비정상적 형성 과정에 어떤 면역 분자가 관련돼 있음을 밝힘으로써 과대망상 등 뇌 질환 치료를 위한 중요한 연구 방향을 제시한 것으로 평가된다”고 말했다.     <끝>

 

 

 

홍보기금팀‧홍보전략부