[과학을 읽다]자폐 등 뇌질환…새로운 실마리 나와

국내 연구팀, 흥분성 시냅스 작동 원리 규명

▲LRRTM3 단백질이 흥분성 시냅스에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 자폐와 관련된 뇌질환의 새로운 실마리가 풀렸습니다. 국내 연구팀이 신경세포 연결을 주관하는 시냅스 접착단백질에 의한 새로운 흥분성 시냅스 작동 원리를 규명했습니다. 뇌질환의 발병 원인 규명은 물론 치료제 개발에 도움이 될 것으로 기대됩니다.

시냅스 접착단백질은 두 개의 신경세포를 물리적으로 연결합니다. 모든 뇌 활동의 기본단위인 시냅스 형성을 돕는 신경세포 막에 존재하는 단백질입니다. 하나의 신경세포가 다른 신경세포를 흥분시키느냐, 억제시키느냐에 따라 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스가 있습니다.

시냅스(synapse)는 뇌의 기능을 수행하는 가장 기본이 되는 단위입니다. 수많은 뇌세포들 간에 신경전달이 일어나는 장소이죠. 다양한 시냅스 단백질들 중에서 시냅스 접착단백질 (synaptic adhesion molecule)들에 의해 초기 시냅스가 형성되고 성숙합니다.

최근 LRR(Leucine-Rich Repeat)이라 부르는 도메인을 갖고 있는 다수의 막단백질들이 시냅스 접착단백질로써 중추신경계(central nervous system)에서 중요한 기능을 하고 있음이 밝혀지고 있습니다. 이들 단백질들은 자폐, 정신분열 등 다양한 뇌질환 발병도 큰 연관성을 보이는 것으로 알려졌습니다.

연구팀은 2009년부터 최근까지 LRRTM1, LRRTM2와 LRRTM4 단백질이 뇌 해마 (hippocampus)의 다양한 부위에서 흥분성 시냅스 구조와 기능을 조절한다는 연구결과들을 꾸준히 보고했습니다.

이번 연구에서는 이들 단백질들에 비해 연구결과가 전무했던 LRRTM3 단백질이 해마의 치아이랑(해마의 일부영역) 과립세포(dentate gyrus granule cell)의 흥분성 시냅스 구조와 기능 유지에 중요하다는 것을 증명했습니다. LRRTM3 단백질은 뇌의 중추신경계에서 강하게 발현되는 단백질입니다. 이 유전자 기능에 이상이 생길 경우 자폐, 알츠하이머 등의 뇌질환과 연관성이 있음이 알려져 있습니다.

LRRTM3 단백질이 생성되지 않는 유전자 조작 실험쥐의 해마 치아이랑을 조직염색 했을 때 흥분성 시냅스의 수가 정상 쥐에 비해 눈에 띄게 감소돼 있었습니다. 전기 생리학적 특성을 측정했을 때 흥분성 시냅스의 신경전달 또한 정상 쥐에 비해 줄어들었습니다. LRRTM3 단백질이 해마 치아이랑의 흥분성 시냅스 발달에 매우 중요한 인자로 작용하고 있음을 약 2년 동안의 실험을 통해 증명한 것입니다. 이번 연구 결과는 뇌질환 원인 규명에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 연세대 고재원·엄지원 교수 등이 수행했습니다. 연구 결과는 자연과학분야의 국제학술지 '셀 리포트 (Cell Reports)' 온라인판 1월15일자(논문명 : LRRTM3 Regulates Excitatory Synapse Development Through Alternative Splicing and Neurexin Binding)에 실렸습니다.

고재원 교수는 "그 동안 시냅스 단백질의 기능 이상이 뇌 흥분성과 억제성 균형 이상을 유발해 뇌정신 질환을 유발하는 것으로 알려져 있었는데 구체적 작동 기전이 명확하게 규명되지 않아 치료제 개발에 어려움을 겪었다"며 "이번 연구는 뇌질환의 발병 원인 규명은 물론 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다"고 말했습니다.