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신경세포의 기억 보존 기구를 밝힘
게시일 2009-06-24 10:11 | 최종수정 2010-09-09 13:45
일본의 독립행정법인 과학기술진흥기구 (JST)는 기초연구사업의 일환으로 미쯔비시화학 생명과학연구소의 이노구치 (井ノ口 馨)가 이끄는 연구팀이 랫트를 대상으로 한 연구를 통해 기억관련 단백질이 신경세포의 스위치 소자인 시냅스로 정확하게 전송되는 메커니즘에 대해 밝혀냄으로써 생체에서 기억이 정확하고 안정적으로 보존되는 기작을 발견하였다고 2009년 5월 15일자 보도를 통하여 발표했다.
신경세포에는 시냅스라고 불리는 신경회로의 스위치 소자가 한 개의 세포당 수 만개가 존재하여, 다른 신경세포와의 정보 교환을 수행하고 있다. 각각의 신경세포는 많은 양의 기억에 관여하고 있으나, 기억에 따라서 서로 다른 시냅스를 사용함으로써 각각의 기억을 혼동하지 않고 정확하게 보존한다고 생각되고 있다. 장기간 보존된 기억의 경우 그 기억에 대응하는 특정의 시냅스에 세포체로부터 기억관련 단백질이 배달됨으로써 그 시냅스의 활성에 변화가 지속되고 기억이 정확하게 장기간 보존된다고 생각된다. 그러나, 어떻게 한 개의 세포당 수 만개씩 존재하는 시냅스 중에서 특정의 시냅스 만을 기억관련 단백질을 배달하여 활성화시키는 가에 대해서는 밝혀져 있지 않다. 이를 설명하기 위해서 시냅스 표지 가설 (synaptic tag hypothesis; 그림 1)이 제안되었으나, 표지의 실체가 불분명하며, 이러한 기구가 존재하는 가에 대한 실증은 안된 상태이다.
위 연구팀은 “Vesl-1S (Homer-1a)”이라는 기억관련 단백질에 녹색 형광 단백질 (GFP)를 융합시킴으로써 신경세포 내에서의 기억관련 단백질의 국재성을 가시화하는 것에 성공하였다 (그림 2). 이 Vesl-1S 단백질의 거동을 해석한 결과, 기억관련 단백질은 세포 내의 전반적으로 배달된 후에 그 때에 사용되고 있던 시냅스에만 결합한다는 사실을 확인함으로써 위의 시냅스 표지 가설이 올바르다는 것을 증명하였다. 또한, 시냅스 표지의 실체가 시냅스 후부의 수상돌기극 (樹?突起棘; spine)의 입구에 존재하는 출입구 (gate)를 개폐한다는 사실을 발견하였다.
위 연구성과는 심적 외상 후 스트레스 장애 (Post-traumatic stress disorder; PTSD) 치료법의 개발에 크게 기여할 것으로 보이며, 연합기억에 문제가 있는 정신질환의 치료법 개발 및 뇌졸증 등을 겪은 뒤의 회복 치료 효율의 개선, 뇌형 기억소자의 개발 등의 다양한 응용 연구로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
위 연구성과는 미국의 저명한 과학잡지인 “Science”를 통해 2009년 5월 15일자로 공개되었다.
앞선 연구를 통해 일본의 이화학연구소와 과학기술진흥기구는 후-시냅스 (post-synapse; 뉴런과 하부 세포의 연결 부분)에 풍부하게 존재하는 단백질인 “Homer”의 인산화가 신경활동을 조절하는 시냅스 구조의 재구축 조절기구 중에서 한 가지 역할을 담당하고 있다는 사실을 밝혀 낸 바 있다 (GTB2008050365).
그림 1. 시냅스 표지 가설의 모식도.
그림 2. 형광단백질을 이용한 가시화. GFP-Vesl-1S 융합 단백질을 뇌 해마의 신경세포에 도입하여 형광 현미경 하에서 실시간 관찰에 성공하였다.
참조 논문: Daisuke Okada, Fumiko Ozawa, Kaoru Inokuchi, Input-Specific Spine Entry of Soma-Derived Vesl-1S Protein Conforms to Synaptic Tagging, Science 15 May 2009: Vol. 324 (5929), pp. 904 - 909
주) 연합기억: 조건 반사와 같이 본래 독립한 복수의 자극에 대한 응답을 연결시켜주는 기억을 지칭. 반대로, 비연합기억에는 습관화 민감화 등이 포함된다.
정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)
신경세포에는 시냅스라고 불리는 신경회로의 스위치 소자가 한 개의 세포당 수 만개가 존재하여, 다른 신경세포와의 정보 교환을 수행하고 있다. 각각의 신경세포는 많은 양의 기억에 관여하고 있으나, 기억에 따라서 서로 다른 시냅스를 사용함으로써 각각의 기억을 혼동하지 않고 정확하게 보존한다고 생각되고 있다. 장기간 보존된 기억의 경우 그 기억에 대응하는 특정의 시냅스에 세포체로부터 기억관련 단백질이 배달됨으로써 그 시냅스의 활성에 변화가 지속되고 기억이 정확하게 장기간 보존된다고 생각된다. 그러나, 어떻게 한 개의 세포당 수 만개씩 존재하는 시냅스 중에서 특정의 시냅스 만을 기억관련 단백질을 배달하여 활성화시키는 가에 대해서는 밝혀져 있지 않다. 이를 설명하기 위해서 시냅스 표지 가설 (synaptic tag hypothesis; 그림 1)이 제안되었으나, 표지의 실체가 불분명하며, 이러한 기구가 존재하는 가에 대한 실증은 안된 상태이다.
위 연구팀은 “Vesl-1S (Homer-1a)”이라는 기억관련 단백질에 녹색 형광 단백질 (GFP)를 융합시킴으로써 신경세포 내에서의 기억관련 단백질의 국재성을 가시화하는 것에 성공하였다 (그림 2). 이 Vesl-1S 단백질의 거동을 해석한 결과, 기억관련 단백질은 세포 내의 전반적으로 배달된 후에 그 때에 사용되고 있던 시냅스에만 결합한다는 사실을 확인함으로써 위의 시냅스 표지 가설이 올바르다는 것을 증명하였다. 또한, 시냅스 표지의 실체가 시냅스 후부의 수상돌기극 (樹?突起棘; spine)의 입구에 존재하는 출입구 (gate)를 개폐한다는 사실을 발견하였다.
위 연구성과는 심적 외상 후 스트레스 장애 (Post-traumatic stress disorder; PTSD) 치료법의 개발에 크게 기여할 것으로 보이며, 연합기억에 문제가 있는 정신질환의 치료법 개발 및 뇌졸증 등을 겪은 뒤의 회복 치료 효율의 개선, 뇌형 기억소자의 개발 등의 다양한 응용 연구로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
위 연구성과는 미국의 저명한 과학잡지인 “Science”를 통해 2009년 5월 15일자로 공개되었다.
앞선 연구를 통해 일본의 이화학연구소와 과학기술진흥기구는 후-시냅스 (post-synapse; 뉴런과 하부 세포의 연결 부분)에 풍부하게 존재하는 단백질인 “Homer”의 인산화가 신경활동을 조절하는 시냅스 구조의 재구축 조절기구 중에서 한 가지 역할을 담당하고 있다는 사실을 밝혀 낸 바 있다 (GTB2008050365).
그림 1. 시냅스 표지 가설의 모식도.
그림 2. 형광단백질을 이용한 가시화. GFP-Vesl-1S 융합 단백질을 뇌 해마의 신경세포에 도입하여 형광 현미경 하에서 실시간 관찰에 성공하였다.
참조 논문: Daisuke Okada, Fumiko Ozawa, Kaoru Inokuchi, Input-Specific Spine Entry of Soma-Derived Vesl-1S Protein Conforms to Synaptic Tagging, Science 15 May 2009: Vol. 324 (5929), pp. 904 - 909
주) 연합기억: 조건 반사와 같이 본래 독립한 복수의 자극에 대한 응답을 연결시켜주는 기억을 지칭. 반대로, 비연합기억에는 습관화 민감화 등이 포함된다.
정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)
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