[뉴스워치=윤영의 기자] 새로운 물건이나 사람, 환경 등을 인식하는 데 관여하는 '시냅스' 단백질이 발견됐다. 향후 뇌질환 발병 기전 이해 및 뇌 기능 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다.

인간의 뇌는 새로운 물건이나 사람, 환경 및 상황에 더 민감하게 반응하고 이를 기억한다. 새로움에 대한 인식은 인간의 생존에 필수적이며 새로움을 추구하는 뇌기능은 인간의 본성과도 연관이 있다. 하지만 이와 관련된 구체적 기전에 대해서는 알려진 바가 거의 없었다.

기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀은 ‘새로움’을 인식하는데 관여하는 시냅스 기전 및 신경회로를 발견했다.

이번 연구는 신경전달의 기본 단위인 시냅스 형성과정의 이해는 물론 인간의 뇌에서 ‘새로움’ 인식에 관여하는 신경회로를 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다.

뇌는 수많은 신경세포로 이뤄져 있으며 이 신경세포는‘시냅스(synapse)’라는 작은 구조물(약 0.5 마이크론의 크기)을 통해서 서로 소통한다.

시냅스는 전-시냅스와 후-시냅스가 서로 접착돼 만들어 진다. 전-시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후-시냅스가 수용체를 통해 신경전달물질을 감지하는 방식으로 신경전달이 일어난다.

시냅스 형성의 가장 중요한 과정은 전-시냅스와 후-시냅스가 서로 제 짝을 찾아 올바른 신경회로를 만드는 것이다. 이 과정을 매개하는 것이 시냅스 접착 단백질로 시냅스 형성에 이들이 주로 관여한다는 사실만 밝혀졌을 뿐 추가적인 기능에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.

시냅스 형성의 또 다른 중요한 과정은 새로 형성된 시냅스의 후-시냅스 위치에 신경전달물질의 수용체가 위치하고 안정화되는 것이다. 기존 연구를 통해 해마와 신경전달물질 수용체의 하나인 NMDA 수용체가 중요함은 밝혀졌지만 구체적인 시냅스 기전은 불명확했다.

후-시냅스 막에 존재하는 NMDA 수용체는 기억 형성이나 제거에 중요한 것으로 오랫동안 알려져 왔으며 기능에 이상이 생길 경우 자폐증이나 조현병 등을 유발한다는 가설도 있다. 

IBS 시냅스 뇌질환 연구팀은 전-시냅스에 위치한 ‘PTP σ(시그마)’라는 시냅스 접착 단백질이 기억을 매개하는 것으로 알려진 NMDA 수용체가 위치하고 안정화될 수 있도록 도와 기능을 조절한다는 사실을 밝혀냈다.

시냅스는 그 활성 정도에 따라 구조와 기능이 지속적으로 변화가능하며 이를 시냅스가소성이라 부른다.

시냅스가소성은 뇌의 여러 기능에 관여할 것으로 예상되며 특히 기억의 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 시냅스 접착 단백질 ‘PTPσ’가 탈인산화 효소 기능을 통해 후-시냅스의 NMDA 수용체 양을 증가시켜 해마 영역에서 NMDA 수용체에 의존적인 시냅스가소성을 조절하게 되는 것이다.

또한 시냅스 접착 단백질 ‘PTPσ’가 시냅스 형성에 관여한다는 기존의 체외실험 결과와 달리 시냅스 형성과는 무관하지만 성숙과 관련돼 있다는 결과를 동물의 체내실험을 통해 얻었다.

연구팀은 생쥐 실험을 통해 ‘PTPσ’가 결손된 생쥐는 시냅스 형성 자체에는 별다른 문제점이 없었음에도 새로움을 인식하지 못한다는 사실을 증명했다.

연구를 이끈 김은준 단장은 “시냅스 접착 단백질의 하나인 ‘PTPσ’가 단순히 전-시냅스와 후-시냅스를 연결하는 ‘접착제’가 아니라 새로운 자극에 대한 인식능력을 조절하고 관련 신경회로를 활성화시키는 물질이라는 사실을 밝혀냈다”며 “이 연구가 관련 뇌질환의 발병 기전 이해 및 향후 뇌인지 기능 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.