시냅스 형성에 결정적인 뇌 단백질 규명

캘리포니아 의과대학 연구팀이 신경들 사이의 소통을 위한 복잡한 화학적 신호전달 시스템인 시냅스들을 생성하고 지속시키는데 결정적인 역할을 하는 뇌 단백질 SynDIG1을 처음으로 규명한 연구결과를 학술지 “Neuron” 1월 14일자에 보고하였다. 연구는 뇌 질환뿐만 아니라 더 높은 인지 능력을 위한 분자적 기초에 대한 식견을 제공할 것이다. (Neuron, Volume 65, Issue 1, 80-93)

시냅스는 한 신경의 축삭돌기 말단과 다음 신경의 수상돌기 사이의 연접 부위를 말하며, 신경섬유의 말단이 가지처럼 뻗어서 끝이 주머니 모양으로 부풀어 다른 신경의 세포체 또는 수상돌기와 접촉해 시냅스를 만들어낸다. 시냅스는 신경들 사이의 신호전달에 핵심적인 공간이다. 시냅스는 신경이 모여있는 중추 신경계에 집중되어 있다. 실제 1가닥의 신경섬유가 많은 가지로 나뉘어 많은 신경과 시냅스를 만들고, 하나의 세포체에 많은 신경섬유로부터의 가지가 시냅스를 만들어 접촉하고 있다. 시냅스는 학습과 기억에서 필수적이며, 시냅스 형성의 불균형이 자폐증이나 정신분열증 같은 뇌 장애에 영향을 주는 것이라 추정할 수 있다. 연구는 이러한 중요한 뇌 연결의 결정적인 조절인자로 SynDIG1 단백질을 처음으로 규명했다.

뇌에서 시냅스의 대부분은 신경전달물질로 글루타민산염(glutamate)을 사용한다. 이전 연구가 특정한 종류의 글루타민산염 수용체인 AMPA 수용체의 조절이 신경들 사이의 소통에서 결정적임을 보여주는 반면, 연구팀은 시냅스의 형성과 지속력을 지지할 수 있는 AMPA 수용체들의 새로운 분자적 기전을 발견하기 위해 착수했다. 그들은 배타적으로 중추 신경계에서 발현되며 척추 동물들에서 고도로 보존되어있지만, 잘 알려져 있지 않은 새로운 막 단백질을 암호화하는 유전자(tmem90b)를 조사했다. 연구팀은 마이크로어레이(microarray) 분석을 통해 이 유전자가 시냅스 형성 동안 발현된다는 것을 보였으며, 이 단백질을 SynDIG1(synapse differentiation induced gene product)라고 명명했다. 시냅스 발생에서 SynDIG1의 역할을 밝히기 위해 그들은 쥐의 해마 신경들에서 세포를 분리해 여러 시험을 수행했다.

연구는 SynDIG1이 시냅스 형성 부위에서 AMPA 수용체와 같이 존재하며 상호작용한다는 것을 보였으며, 초기 단계에서 시냅스에 필수적이라는 것을 제안한다. 부가적인 실험은 신경에서 SynDIG1의 발현 수준을 조작하는 것이 시냅스의 수와 질을 둘 다 변화시킬 수 있다는 것을 보였다. 이것은 이 단백질이 시냅스의 수명과 지속력뿐만 아니라 시냅스의 형성에서 핵심 역할을 한다는 것을 지시한다. SynDIG1의 발현을 줄이면 시냅스를 더 적게 더 작게 만들고, 발현을 증가시키면 더 성숙하고 안정적인 시냅스를 형성한다. 연구팀은 이 단백질이 전체 시냅스 과정의 핵심 유도인자라고 생각되지만, 생체 모델에서 확인해야 한다고 언급했다. 다음으로 연구팀은 살아있는 쥐에서 SynDIG1의 역할을 시험할 것이다.

정보제공 : 한국과학기술정보연구원(KISTI) 해외과학기술동향
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