발달 중인 뉴런이 화학적 단서를 감지하는 방법

발생에 있어 한 가지 기본적 부분이 대칭이다. 배아 그리고 유기체의 뇌와 척추 그리고 마찬가지로 인체의 나머지 부분들도 발달이 진행됨에 따라 스스로 좌우 반쪽으로 조직화된다. 하지만 신경 세포의 어떤 부분은 특이하게 조직화된다. 즉, 한쪽에서 너머지 다른 쪽으로 교차한다. 생쥐를 대상으로 한 새로운 연구에서 뉴런이 이러한 해부학적 경계를 향하도록 안내하는 분자적 상호작용에 대한 세부 사항이 파헤쳐졌으며, 연구 결과는 학술지 Science 에 실렸다.

배아에 있어 신경의 가지 또는 엑손(axons)은 그들이 어느 곳으로 생장할지를 말해주는 화학적 단서를 감지하는 특수 구조물을 그의 말단에 가지고 있다. 이번 새로운 연구에서 한 가지 그런 단서인 네트린-1(Netrin-1)이 엑손에 있는 두 감지 분자들 (DCC와 neogenin)과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 구조적 세부 사항이 메모리얼 슬로언 케터링 암연구소(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)와 록펠러대학교(Rockefeller University) 연구자들에 의해 밝혀졌다.

이번 연구 결과는 발달 중인 엑손의 표면에 위치하여 어디로 생장할 지를 안내하는 분자복합체에 대한 고해상도 이미지가 최초로 얻어졌다고 한다. 이 복합체에 대한 세부 구조 이해는 신경배선(neural wiring)의 이해와 척추와 뇌 손상 치료를 위한 약물개발에 유용할 수 있다고 한다.

발달 중인 신경계에 있어, 신호화 분자인 네트린-1이 DCC와 네오제닌을 끌어당기거나 거부함으로써 뉴런을 안내할 수 있다. 한 면에서 다른 면으로 교차하는 엑손의 경우, 즉, 접합면 뉴런(commissural neurons)이라 불리는 신경에 의해 신장되는 경우에 네트린-1이 신경을 중간 쪽으로 끌어당길 수 있다.

X-선으로 결정화된 단백질을 가시화하는 기술을 이용하여, 네트린-1은 두 개의 분리된 결합자리를 반대쪽에 가지고 있어서, 동시에 다른 수용체에 결합할 수 있다는 것을 밝혔다. 이 연구 결과로 엑손을 안내하는 중요한 분자인 네트린-1이 서로 다른 조합의 수용체를 나타내는 뉴런들에 어떻게 서로 다른 방식으로 영향을 미칠 수 있는지가 설명될 수 있다.

한 동안은 접합면 뉴런이 수용체 분자 DCC를 이용하여 네트린-1을 감지한다고 알려져 왔다. 네오제닌의 구조도 DCC와 유사하다. 이번 연구에서 네오제닌이 접합면 신경에서 감지 분자(sensing molecule)로 적용한다는 것이 확인되었다. 구조 연구를 보완하는 실험을 통해서, 생쥐의 발달 중인 접합면 신경에 대해, DCC처럼, 네오제닌도 네트린-1을 감지할 수 있다는 것도 이번 연구에서 확인되었다.

이들 뉴런은 뇌의 한쪽이 신체 반대쪽에서의 운동을 제어하는 시스템의 일부를 구성한다. 그 결과, DCC에 상응하는 유전자에서의 돌연변이는 이러한 조정을 방해하여, 선천적인 거울 운동 장애의 원인이 된다. 이런 장애가 있는 사람들은 신체의 한쪽을 독립적으로 움직일 수 없다. 즉, 오른쪽 손짓이 유사한 왼쪽 손짓으로 반영된다. 이번 연구 결과는 또한 DCC, 네오제닌 및 다른 세포 표면 수용체가 왜 약간씩 다른 형태, 즉 스플라이스 이소체(splice isoforms)로 나타나는지에 대한 이해에도 시사점을 가진다. 즉, 이번 연구에서 이들 이소체가 네트린-1에 서로 다르게 결합한다는 것이 밝혀졌다. 하지만, 이것이 뉴런 배선에 어떤 의미를 가지는지는 아직 확실치 않다고 한다.

이번의 구조적 이해와 척추에서 엑손의 안내에 관여하는 수용체의 추가적 확인으로, 신경 연결 오류로 인한 장애 발생은 물론, 기능적 신경 시스템이 만들어지기 위한 신경 연결에 관한 메커니즘에서의 이해에 있어 상당한 진전이 이루어졌다고 한다.

http://newswire.rockefeller.edu/2014/05/30/research-details-how-developing-neurons-sense-a-chemical-cue/

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=246596

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