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뇌를 똑똑하게 유지시키는 방법
게시일 2008-04-16 18:59 | 최종수정 2010-09-09 13:49
뇌를 똑똑하게 유지시키는 방법
노고수용체(nogo receptor)에 대한 새로운 발견이 뇌를 똑똑하게 유지시키는 새로운 방법을 제시하고 있다. 미국 로체스터대학 메디컬센터의 연구진은 뇌의 노고수용체를 감소시킴으로써 뇌의 신호전달을 강력하게 하여 시냅스 사이의 신호를 효과적으로 증진시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 학습 및 기억이 이루어질 때는 뇌의 신경망이 재구성되는데(rewire), 시냅스를 증강시키는 능력은 뇌의 신경망을 재구성하는 데 있어서 핵심적인 위치를 차지한다. 한편 이번 연구는 운동이 건강에 미치는 영향을 언급한 기존의 연구결과들을 통합하는 것이어서 흥미를 끈다. 일반적으로 운동이 건강에 이롭다는 것은 잘 알려져 있지만, 이러한 영향이 분자수준에서 설명된 적은 별로 없었다. 이번 연구는 노고수용체의 영향을 감소시켜 운동시에 일어나는 변화를 재연함으로써 뇌에 변화를 일으키는 방법을 제시하기도 한다.
`nogo`라는 이름은 이 단백질이 뉴런의 성장을 막는 능력(the ability to stop neurons growing)이 있다는 것으로부터 유래한다. 노고 단백질은 중추신경계에 존재하는 수초 세포(myelinating cells)에 의해 생성되는 물질로, 이와 상호작용을 나타내는 수용체는 뇌 또는 척수에 손상이 발생한 후 축삭(axon)이 재생되는 과정을 저해하는데 관여하는 것으로 알려져 있다.(GTB2001010579) 따라서 지난 10년 동안 과학자들은 척수의 신경을 다시 자라나게 하기 위하여 노고수용를 억제하는 데 초점을 맞추어 연구를 거듭해 왔다. 노고수용체가 뇌 안에서 수행하는 역할은 연구의 핵심주제였다. 그러나 로체스터대학 메디컬센터의 연구진이 이번에 발표한 연구내용은 노고수용체를 다른 각도에서 바라보는 것이다. 즉, 연구진은 노고수용체를 단지 척수신경섬유를 재생시키기 위한 표적으로 삼은 것이 아니라, 학습과 기억에 영향을 미칠 수 있는 표적으로 거듭나게 하였다. 신경과학에 있어서 핵심적인 질문 중의 하나는 「학습의 분자적·세포적 토대는 무엇인가?」라는 것이다. 노고수용체는 학습과정에서 모종의 역할을 하는 것으로 보인다.라고 연구진은 말했다.
노고수용체는 척수에서 뉴런의 성장을 방해하는 여러 분자들과 복잡하게 얽혀 있다. 과학자들은 노고수용체를 차단함으로써 신경재생과 척수손상의 회복이 가능할 것으로 보고, 지난 10년의 대부분을 노고수용체를 표적으로 삼는 데 할애하였다. 그러나 이러한 노력은 거의 불가능한 것으로 판명되었다. 로체스터의 연구진은 지난해 7월 the Journal of Neuroscience에 발표된 논문에서, 노고수용체가 척수신경의 성장을 방해하기는 하지만, 이러한 과정을 직접 제어하지는 않는다.고 밝힌 바 있다. 노고수용체의 활성화가 뉴런의 성장을 일시적으로 억제하기는 하지만, 손상된 뉴런을 장기적으로 저해하는 데는 노고수용체가 필요하지 않다는 것이다. 연구진은 이번 연구에서, 뇌의 해마에서 척수보다 10배나 많은 수용체를 발견하였으며 노고수용체가 뇌 안에서 신경가소성(neuroplasticity)에 광범위한 영향을 미친다는 것도 발견하였다. 신경가소성이란 뇌가 우리의 수요를 충족시키기 위해 끊임없이 변화하고 적응하는 과정이다. 뇌는 유기체의 수요를 만족시키기 위해 신경망을 재생하는 능력을 갖고 있다. 이는 인간이 외상(trauma)이나 뇌졸중을 겪은 후에도 상당부분의 능력을 회복하는 것을 설명해 준다. 잔존하는 뇌세포들이 소멸된 뇌세포들을 대신하여 일을 도맡는 것이다.
연구진은 노고수용체가 두 가지 방법으로 뇌에서 작용한다는 것을 발견하였다. 첫째로 노고수용체는 시냅스의 뇌세포 사이에서 신호의 강도를 조절하는 역할을 하는데, 이는 전혀 예상치 못했던 일이다. 연구진은 세포사이에서 전달되는 신호를 미세하게 측정한 결과, 노고수용체가 결핍된 마우스는 정상마우스보다 LTD(long-term potentiation)의 강도가 크다는 것을 발견하였다. 두번째로 노고수용체는 수상돌기가시(dendritic spines)에도 영향을 미친다. 수상돌기가시는 뉴런의 말단돌기로서 다른 뉴런과 대화가 이루어지는 것을 돕는다. 노고수용체가 많이 발현된 마우스는 수상돌기가시의 구성이 정상마우스와 달랐다. 즉, 돌연변이 마우스의 해마에는 버섯형(mushroom)의 수상돌기가시가 적은 대신 뭉뚝하고(stubby) 얇은(thin)수상돌기가시가 더 많았다. 연구진은 이러한 변화의 의미를 아직 해석하지 못하였지만, 노고수용체가 뇌의 해부학적 구조에 영향을 미친다는 것만은 분명하다. 수상돌기가시를 만들고 제거하는 것은 뇌의 신경망재구성에서 매우 중요한 작업이다.
연구진에 의하면 노고수용체의 작용은 FGF2(fibroblast growth factor 2)에 강력하게 결합하는 능력에 기인한다고 한다. FGF2는 뇌와 기타 중추신경계에 존재하며 뉴런에 영양분을 공급함으로써 새로운 가지를 뻗어 성장하도록 도와주는 역할을 한다. 노고수용체가 풍부할 때에는 그것이 FGF2에 결합하기 때문에 뉴런은 더이상 가지를 뻗지 못하게 된다. 이번 연구결과를 종합하면, 노고수용체는 학습과 기억의 형성과정에서 광범위한 역할을 하는 것으로 보인다. 시냅스 강도의 변화는 신경망의 재구성으로 이어지는데, 이로 인하여 우리는 경미하거나 중등도의 손상을 보상할 수 있다. 시냅스의 가소성을 증진시키면 뇌졸중이나 뇌의 외상을 부분적으로 상쇄할 수 있다. 이는 실제로 많은 뇌졸중 환자의 재활과정에서 일어나고 있는 일이다.라고 연구진은 말했다.
그런데 우리가 운동을 할 때에도 이상에서 언급한 것과 유사한 신경망 재구성이 일어난다. 과학자들은 운동이 뇌의 신경가소성을 증진시키고 뇌가 새로운 가지를 쳐서 신호를 보내게 함으로써 중추신경에 손상을 입은 환자들을 회복시킬 수 있다고 주장해 왔다.(Neurorehabil Neural Repair 19:283?295) 이와 관련하여 최근 스웨덴 카롤린스카 연구소의 연구진은 운동이 뇌의 노고수용체를 감소시킨다고 발표한 바 있다. 로체스터의 연구진의 이번 연구는 제각기 발표되어 있었던 연구결과들을 분자적으로 해명함으로써 한데 묶는 역할을 하는 것으로 평가된다. 한편 이번 연구는 과학자들을 의아하게 했던 의문을 해결하는 데 실마리를 제공한다. 즉, 척수가 손상된 마우스를 노고수용체 차단제로 처리하면 - 척수신경이 재생되지 않았음에도 불구하고 - 척수손상의 증세가 호전되는 것으로 알려져 있었다. 이번 연구에 의하면 이는 신경재생의 효과가 아니라 시냅스의 신호전달 증강효과에 의한 것으로 보인다.
이번 연구는 노보수용체를 학습과 기억이라는 신경학 연구의 핵심과제의 전면에 부상시켰지만, 연구진은 노고수용체를 녹아웃시키면 모든 사람의 뇌를 똑똑하게 만들 수 있을 것이라고 성급한 결론을 내리는 것을 경계한다. 연구진에 의하면 노고수용체는 시냅스 뿐만이 아니라 축삭에도 존재한다고 한다. 따라서 연구진은 노고수용체를 감소시키려는 어떠한 시도도 (의도를 벗어난) 다른 효과를 초래하지 않는가를 면밀히 검토한 연후에 이루어져야 한다는 입장을 개진하고 있다. 이번 연구는 the Journal of Neuroscience 3월 12일호에 게재되었다.
SOURCE: Synaptic Function for the Nogo-66 Receptor NgR1: Regulation of Dendritic Spine Morphology and Activity-Dependent Synaptic Strength, The Journal of Neuroscience, March 12, 2008, 28(11):2753-2765.
정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
(본 내용은 KISTI의 정보이용 승인을 통해 제공되며 저작권은 KISTI에 있습니다.)
노고수용체(nogo receptor)에 대한 새로운 발견이 뇌를 똑똑하게 유지시키는 새로운 방법을 제시하고 있다. 미국 로체스터대학 메디컬센터의 연구진은 뇌의 노고수용체를 감소시킴으로써 뇌의 신호전달을 강력하게 하여 시냅스 사이의 신호를 효과적으로 증진시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 학습 및 기억이 이루어질 때는 뇌의 신경망이 재구성되는데(rewire), 시냅스를 증강시키는 능력은 뇌의 신경망을 재구성하는 데 있어서 핵심적인 위치를 차지한다. 한편 이번 연구는 운동이 건강에 미치는 영향을 언급한 기존의 연구결과들을 통합하는 것이어서 흥미를 끈다. 일반적으로 운동이 건강에 이롭다는 것은 잘 알려져 있지만, 이러한 영향이 분자수준에서 설명된 적은 별로 없었다. 이번 연구는 노고수용체의 영향을 감소시켜 운동시에 일어나는 변화를 재연함으로써 뇌에 변화를 일으키는 방법을 제시하기도 한다.
`nogo`라는 이름은 이 단백질이 뉴런의 성장을 막는 능력(the ability to stop neurons growing)이 있다는 것으로부터 유래한다. 노고 단백질은 중추신경계에 존재하는 수초 세포(myelinating cells)에 의해 생성되는 물질로, 이와 상호작용을 나타내는 수용체는 뇌 또는 척수에 손상이 발생한 후 축삭(axon)이 재생되는 과정을 저해하는데 관여하는 것으로 알려져 있다.(GTB2001010579) 따라서 지난 10년 동안 과학자들은 척수의 신경을 다시 자라나게 하기 위하여 노고수용를 억제하는 데 초점을 맞추어 연구를 거듭해 왔다. 노고수용체가 뇌 안에서 수행하는 역할은 연구의 핵심주제였다. 그러나 로체스터대학 메디컬센터의 연구진이 이번에 발표한 연구내용은 노고수용체를 다른 각도에서 바라보는 것이다. 즉, 연구진은 노고수용체를 단지 척수신경섬유를 재생시키기 위한 표적으로 삼은 것이 아니라, 학습과 기억에 영향을 미칠 수 있는 표적으로 거듭나게 하였다. 신경과학에 있어서 핵심적인 질문 중의 하나는 「학습의 분자적·세포적 토대는 무엇인가?」라는 것이다. 노고수용체는 학습과정에서 모종의 역할을 하는 것으로 보인다.라고 연구진은 말했다.
노고수용체는 척수에서 뉴런의 성장을 방해하는 여러 분자들과 복잡하게 얽혀 있다. 과학자들은 노고수용체를 차단함으로써 신경재생과 척수손상의 회복이 가능할 것으로 보고, 지난 10년의 대부분을 노고수용체를 표적으로 삼는 데 할애하였다. 그러나 이러한 노력은 거의 불가능한 것으로 판명되었다. 로체스터의 연구진은 지난해 7월 the Journal of Neuroscience에 발표된 논문에서, 노고수용체가 척수신경의 성장을 방해하기는 하지만, 이러한 과정을 직접 제어하지는 않는다.고 밝힌 바 있다. 노고수용체의 활성화가 뉴런의 성장을 일시적으로 억제하기는 하지만, 손상된 뉴런을 장기적으로 저해하는 데는 노고수용체가 필요하지 않다는 것이다. 연구진은 이번 연구에서, 뇌의 해마에서 척수보다 10배나 많은 수용체를 발견하였으며 노고수용체가 뇌 안에서 신경가소성(neuroplasticity)에 광범위한 영향을 미친다는 것도 발견하였다. 신경가소성이란 뇌가 우리의 수요를 충족시키기 위해 끊임없이 변화하고 적응하는 과정이다. 뇌는 유기체의 수요를 만족시키기 위해 신경망을 재생하는 능력을 갖고 있다. 이는 인간이 외상(trauma)이나 뇌졸중을 겪은 후에도 상당부분의 능력을 회복하는 것을 설명해 준다. 잔존하는 뇌세포들이 소멸된 뇌세포들을 대신하여 일을 도맡는 것이다.
연구진은 노고수용체가 두 가지 방법으로 뇌에서 작용한다는 것을 발견하였다. 첫째로 노고수용체는 시냅스의 뇌세포 사이에서 신호의 강도를 조절하는 역할을 하는데, 이는 전혀 예상치 못했던 일이다. 연구진은 세포사이에서 전달되는 신호를 미세하게 측정한 결과, 노고수용체가 결핍된 마우스는 정상마우스보다 LTD(long-term potentiation)의 강도가 크다는 것을 발견하였다. 두번째로 노고수용체는 수상돌기가시(dendritic spines)에도 영향을 미친다. 수상돌기가시는 뉴런의 말단돌기로서 다른 뉴런과 대화가 이루어지는 것을 돕는다. 노고수용체가 많이 발현된 마우스는 수상돌기가시의 구성이 정상마우스와 달랐다. 즉, 돌연변이 마우스의 해마에는 버섯형(mushroom)의 수상돌기가시가 적은 대신 뭉뚝하고(stubby) 얇은(thin)수상돌기가시가 더 많았다. 연구진은 이러한 변화의 의미를 아직 해석하지 못하였지만, 노고수용체가 뇌의 해부학적 구조에 영향을 미친다는 것만은 분명하다. 수상돌기가시를 만들고 제거하는 것은 뇌의 신경망재구성에서 매우 중요한 작업이다.
연구진에 의하면 노고수용체의 작용은 FGF2(fibroblast growth factor 2)에 강력하게 결합하는 능력에 기인한다고 한다. FGF2는 뇌와 기타 중추신경계에 존재하며 뉴런에 영양분을 공급함으로써 새로운 가지를 뻗어 성장하도록 도와주는 역할을 한다. 노고수용체가 풍부할 때에는 그것이 FGF2에 결합하기 때문에 뉴런은 더이상 가지를 뻗지 못하게 된다. 이번 연구결과를 종합하면, 노고수용체는 학습과 기억의 형성과정에서 광범위한 역할을 하는 것으로 보인다. 시냅스 강도의 변화는 신경망의 재구성으로 이어지는데, 이로 인하여 우리는 경미하거나 중등도의 손상을 보상할 수 있다. 시냅스의 가소성을 증진시키면 뇌졸중이나 뇌의 외상을 부분적으로 상쇄할 수 있다. 이는 실제로 많은 뇌졸중 환자의 재활과정에서 일어나고 있는 일이다.라고 연구진은 말했다.
그런데 우리가 운동을 할 때에도 이상에서 언급한 것과 유사한 신경망 재구성이 일어난다. 과학자들은 운동이 뇌의 신경가소성을 증진시키고 뇌가 새로운 가지를 쳐서 신호를 보내게 함으로써 중추신경에 손상을 입은 환자들을 회복시킬 수 있다고 주장해 왔다.(Neurorehabil Neural Repair 19:283?295) 이와 관련하여 최근 스웨덴 카롤린스카 연구소의 연구진은 운동이 뇌의 노고수용체를 감소시킨다고 발표한 바 있다. 로체스터의 연구진의 이번 연구는 제각기 발표되어 있었던 연구결과들을 분자적으로 해명함으로써 한데 묶는 역할을 하는 것으로 평가된다. 한편 이번 연구는 과학자들을 의아하게 했던 의문을 해결하는 데 실마리를 제공한다. 즉, 척수가 손상된 마우스를 노고수용체 차단제로 처리하면 - 척수신경이 재생되지 않았음에도 불구하고 - 척수손상의 증세가 호전되는 것으로 알려져 있었다. 이번 연구에 의하면 이는 신경재생의 효과가 아니라 시냅스의 신호전달 증강효과에 의한 것으로 보인다.
이번 연구는 노보수용체를 학습과 기억이라는 신경학 연구의 핵심과제의 전면에 부상시켰지만, 연구진은 노고수용체를 녹아웃시키면 모든 사람의 뇌를 똑똑하게 만들 수 있을 것이라고 성급한 결론을 내리는 것을 경계한다. 연구진에 의하면 노고수용체는 시냅스 뿐만이 아니라 축삭에도 존재한다고 한다. 따라서 연구진은 노고수용체를 감소시키려는 어떠한 시도도 (의도를 벗어난) 다른 효과를 초래하지 않는가를 면밀히 검토한 연후에 이루어져야 한다는 입장을 개진하고 있다. 이번 연구는 the Journal of Neuroscience 3월 12일호에 게재되었다.
SOURCE: Synaptic Function for the Nogo-66 Receptor NgR1: Regulation of Dendritic Spine Morphology and Activity-Dependent Synaptic Strength, The Journal of Neuroscience, March 12, 2008, 28(11):2753-2765.
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