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경험에 의해 대뇌의 생후 발달이 촉진된다.
게시일 2008-08-11 11:52 | 최종수정 2010-09-09 13:48
일본의 독립행정법인 이화학연구소 (리켄)은 태생기 (胎生期)에 뇌의 형성에 중요한 유전자인 Otx2가 여러 자기 경험에 반응하여 뇌를 발달시키는 역할을 담당한다는 사실을 세계에서 최초로 발견하였다고 2008년 8월8일자 보도를 통하여 발표하였다. 리켄 뇌과학종합연구센터 신경회로발달연구팀의 헨쉬 (Takao K. Hensch) 팀리더와 스기야마 (Sayaka Sugiyama) 연구원 등에 의한 연구성과이다.
유년기의 뇌는 주변의 환경으로부터 얻은 체험, 경험에 적응하는 것과 같이 뇌의 신경회로를 기능적으로 변형시키며 발달한다. 예로써, 어린이가 주위에서 말하는 것을 듣고 언어를 이해하고 말할 수 있게 되는 것처럼 뇌의 신경회로는 활발하게 변형의 과정을 거친다. 이처럼, 각각의 경험에 의해 집중적으로 신경회로를 변형시키는 특별한 시기를 “임계기(臨界期)”라고 부르며, 임계기는 발달초기에 특화되어 있다. 언어의 발달과 유사하게 오감의 하나인 “시각”도 “본다”라는 경험 (시각경험)과 함께 발달한다는 것이 알려져 있다.
마우스를 생후부터 어두운 곳에서 사육하여 시각경험을 차단할 경우 시력의 향상이 늦어지는 것과 동시에 임계기도 늦어진다는 사실이 알려져 있다. 즉, 각각의 “본다”라는 경험이 시각능력을 발달시켜서 임계기를 촉진시킨다고 생각되며, 이를 위해서 각각의 서로 다른 경험량을 측정하는 장치가 뇌에 존재한다고 예측할 수 있다 (그림 참조).
연구팀은 앞서 2000년에 임계기에는 시각야에 존재하는 “개재세포 (介在細胞)”라는 특정 세포의 성숙이 중요하다는 사실을 밝힌바 있는데 개재세포는 시각야 신경세포 중 약 20%를 차지하며 나머지 80%인 추체세포 (錐體細胞)의 작용을 억제하는 기능을 갖고 있다. 이번에 연구팀은 세계에서 최초로 태생기에 뇌를 만드는 데 관여하는 유전자인 Otx2가 유년기에도 경험량을 측정하는 장치로써 작용한다는 사실을 발견하였다. 이 Otx2 유전자가 코드하는 Otx2 호메오 단백질 (homeoprotein)이 시각경험에 의해 망막으로부터 대뇌의 시각야로 운반되어 시각야의 개재세포의 내부에 축적된다. 2007년에 연구팀은 특정 개재세포 (PV 양성 세포)의 성숙이 중요하다는 사실을 밝힌 바 있는데, 이번 연구를 통해서 Otx2 호메오 단백질이 개재세포 중에서 Parvalbumin (PV)를 가진 PV 양성 세포의 기능을 성숙시키는 역할을 담당하며, 시각야의 임계기를 촉진한다는 사실을 밝혀냈다. 즉, 시각경험을 축적하여 Otx2 호메오 단백질이 대뇌로 이동하기 시작함으로써 대뇌는 정상의 임계기에 도달하여 발달한다는 말이다. 또한, Otx2 호메오 단백질의 량을 외부로부터 조절하여 마우스의 임계기를 인위적으로 억제하는 것에도 성공하였다. Otx2 호메오 단백질의 새로운 작용 기구의 발견은 신경질환 (약시 등)의 증세를 덜어주는 새로운 치료법의 개발에 공헌할 것으로 기대된다.
2005년에는 미국의 연구팀에 의해 속질모세포종(medulloblastoma) 환자의 뇌종양 세포조직 내에 Otx2 유전자의 전사체 (mRNA)가 과다하게 존재한다는 사실이 보고된 바 있다 (GTB2005020197).
위 연구 성과는 휴먼 프로티어 사이언스 프로그램 (HSFP)과 일본 문부과학성의 특정영역연구 “통합뇌”의 조성기금으로 실시되었으며, 미국의 과학잡지인 “Cell”에 2008년 8월 8일자판에 게재될 예정이다.
그림. (좌) Otx2-결손 마우스; Otx2 호메오 단백질은 태생기의 뇌의 형성에 관여한다. Otx2-결손 마우스의 경우 사진에서 보듯 뇌가 없다.
(우) 임계기; 경험에 반응하여 뇌의 신경회로가 활발하게 변하는 “임계기”의 한쪽 눈을 가리면 가려진 눈의 시력이 현저하게 떨어지지만 (약시), 임계기 이외의 시기에는 시력에 아무런 영향을 주지 않는다. 임계기의 시기는 대뇌의 개재세포의 기능 촉진에 의해서 빨라지거나 어두운 곳에서 사육하는 것과 같이 경험부족에 의해 늦어진다.
개재세포 (intercalated cells): 대뇌 피질의 신경세포 중 약 20%를 점유하는 억제성 신경세포로써 추체세포의 역할인 정보전달을 정확하게 억제하여 대뇌 피질 내의 신경회로 (국소신경회로)의 활동을 억제하는 기능을 가진다. 여러 가지 형태와 기능을 가지는 것으로부터 10종류 이상의 세포들이 존재한다고 생각되며, 세포의 종류를 분별하기 위해서는 Parvalbumin 단백질 등 각각의 세포종이 가진 고유의 단백질을 검출하는 방법이 주로 사용된다.
추체세포 (pyramidal cells): 대뇌 피질의 신경세포 중 약 80%를 차지하는 흥분성 신경세포로써 대뇌 피질의 신경세포는 물론 뇌 이외의 부위에 존재하는 신경세포들과 상호 결합하여 주로 뇌 내부 정보의 전달을 담당하고 있다. 이 세포에 의해 상호 전달되는 정보의 양과 질은 개재세포에 의해 억제된다.
HSFP (Human Frontier Science Program): 1987년 베네치아 서미트에서 일본의 나카소네 전수상이 제창한 국제적 프로젝트로써 생체가 가진 정밀하고 복잡한 메커니즘의 해명을 중심으로 한 기초 연구를 국제적으로 공동 추진하여 그 성과를 통해 전세계 인류 모두에게 이익이 돌아가는 것을 목적으로 하고 있다. 분자 및 세포 수준에서부터 신경계를 비롯한 인지 뇌과학에 이르는 전반적인 테마를 다루며, 생물학자가 물리, 화학, 수학, 컴퓨터과학 및 공학 분야의 과학자들과 함께 라이프사이언스의 최첨단의 문제를 해결하는 데에 참여하는 것에 중점을 두고 있다.
유년기의 뇌는 주변의 환경으로부터 얻은 체험, 경험에 적응하는 것과 같이 뇌의 신경회로를 기능적으로 변형시키며 발달한다. 예로써, 어린이가 주위에서 말하는 것을 듣고 언어를 이해하고 말할 수 있게 되는 것처럼 뇌의 신경회로는 활발하게 변형의 과정을 거친다. 이처럼, 각각의 경험에 의해 집중적으로 신경회로를 변형시키는 특별한 시기를 “임계기(臨界期)”라고 부르며, 임계기는 발달초기에 특화되어 있다. 언어의 발달과 유사하게 오감의 하나인 “시각”도 “본다”라는 경험 (시각경험)과 함께 발달한다는 것이 알려져 있다.
마우스를 생후부터 어두운 곳에서 사육하여 시각경험을 차단할 경우 시력의 향상이 늦어지는 것과 동시에 임계기도 늦어진다는 사실이 알려져 있다. 즉, 각각의 “본다”라는 경험이 시각능력을 발달시켜서 임계기를 촉진시킨다고 생각되며, 이를 위해서 각각의 서로 다른 경험량을 측정하는 장치가 뇌에 존재한다고 예측할 수 있다 (그림 참조).
연구팀은 앞서 2000년에 임계기에는 시각야에 존재하는 “개재세포 (介在細胞)”라는 특정 세포의 성숙이 중요하다는 사실을 밝힌바 있는데 개재세포는 시각야 신경세포 중 약 20%를 차지하며 나머지 80%인 추체세포 (錐體細胞)의 작용을 억제하는 기능을 갖고 있다. 이번에 연구팀은 세계에서 최초로 태생기에 뇌를 만드는 데 관여하는 유전자인 Otx2가 유년기에도 경험량을 측정하는 장치로써 작용한다는 사실을 발견하였다. 이 Otx2 유전자가 코드하는 Otx2 호메오 단백질 (homeoprotein)이 시각경험에 의해 망막으로부터 대뇌의 시각야로 운반되어 시각야의 개재세포의 내부에 축적된다. 2007년에 연구팀은 특정 개재세포 (PV 양성 세포)의 성숙이 중요하다는 사실을 밝힌 바 있는데, 이번 연구를 통해서 Otx2 호메오 단백질이 개재세포 중에서 Parvalbumin (PV)를 가진 PV 양성 세포의 기능을 성숙시키는 역할을 담당하며, 시각야의 임계기를 촉진한다는 사실을 밝혀냈다. 즉, 시각경험을 축적하여 Otx2 호메오 단백질이 대뇌로 이동하기 시작함으로써 대뇌는 정상의 임계기에 도달하여 발달한다는 말이다. 또한, Otx2 호메오 단백질의 량을 외부로부터 조절하여 마우스의 임계기를 인위적으로 억제하는 것에도 성공하였다. Otx2 호메오 단백질의 새로운 작용 기구의 발견은 신경질환 (약시 등)의 증세를 덜어주는 새로운 치료법의 개발에 공헌할 것으로 기대된다.
2005년에는 미국의 연구팀에 의해 속질모세포종(medulloblastoma) 환자의 뇌종양 세포조직 내에 Otx2 유전자의 전사체 (mRNA)가 과다하게 존재한다는 사실이 보고된 바 있다 (GTB2005020197).
위 연구 성과는 휴먼 프로티어 사이언스 프로그램 (HSFP)과 일본 문부과학성의 특정영역연구 “통합뇌”의 조성기금으로 실시되었으며, 미국의 과학잡지인 “Cell”에 2008년 8월 8일자판에 게재될 예정이다.
그림. (좌) Otx2-결손 마우스; Otx2 호메오 단백질은 태생기의 뇌의 형성에 관여한다. Otx2-결손 마우스의 경우 사진에서 보듯 뇌가 없다.
(우) 임계기; 경험에 반응하여 뇌의 신경회로가 활발하게 변하는 “임계기”의 한쪽 눈을 가리면 가려진 눈의 시력이 현저하게 떨어지지만 (약시), 임계기 이외의 시기에는 시력에 아무런 영향을 주지 않는다. 임계기의 시기는 대뇌의 개재세포의 기능 촉진에 의해서 빨라지거나 어두운 곳에서 사육하는 것과 같이 경험부족에 의해 늦어진다.
개재세포 (intercalated cells): 대뇌 피질의 신경세포 중 약 20%를 점유하는 억제성 신경세포로써 추체세포의 역할인 정보전달을 정확하게 억제하여 대뇌 피질 내의 신경회로 (국소신경회로)의 활동을 억제하는 기능을 가진다. 여러 가지 형태와 기능을 가지는 것으로부터 10종류 이상의 세포들이 존재한다고 생각되며, 세포의 종류를 분별하기 위해서는 Parvalbumin 단백질 등 각각의 세포종이 가진 고유의 단백질을 검출하는 방법이 주로 사용된다.
추체세포 (pyramidal cells): 대뇌 피질의 신경세포 중 약 80%를 차지하는 흥분성 신경세포로써 대뇌 피질의 신경세포는 물론 뇌 이외의 부위에 존재하는 신경세포들과 상호 결합하여 주로 뇌 내부 정보의 전달을 담당하고 있다. 이 세포에 의해 상호 전달되는 정보의 양과 질은 개재세포에 의해 억제된다.
HSFP (Human Frontier Science Program): 1987년 베네치아 서미트에서 일본의 나카소네 전수상이 제창한 국제적 프로젝트로써 생체가 가진 정밀하고 복잡한 메커니즘의 해명을 중심으로 한 기초 연구를 국제적으로 공동 추진하여 그 성과를 통해 전세계 인류 모두에게 이익이 돌아가는 것을 목적으로 하고 있다. 분자 및 세포 수준에서부터 신경계를 비롯한 인지 뇌과학에 이르는 전반적인 테마를 다루며, 생물학자가 물리, 화학, 수학, 컴퓨터과학 및 공학 분야의 과학자들과 함께 라이프사이언스의 최첨단의 문제를 해결하는 데에 참여하는 것에 중점을 두고 있다.
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