DGIST 연구진, 시냅스 정밀 조절 원리 '세계 최초 규명' > 대구

슬릿트랙 단백질 ‘상황별 전문성’ 밝혀 자폐·조현병 정밀 치료 새 단서

뇌질환 치료의 새로운 가능성을 여는 핵심 분자 원리가 국내 연구진에 의해 규명됐다. 

DGIST(대구경북과학기술원) 뇌과학과 연구진이 시냅스 형성 과정에서 단백질이 뇌의 위치와 환경에 따라 서로 다른 역할을 수행한다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.

자폐증과 조현병 등 난치성 뇌질환의 발병 메커니즘 이해에 중요한 전기를 마련했다.

DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단(센터장 고재원 교수)은 시냅스 형성에 관여하는 ‘슬릿트랙(Slitrk)’ 단백질이 동일한 기능을 수행하는 것이 아니라, 뇌의 위치와 연결 상대에 따라 시냅스의 기능을 정밀하게 조절한다는 분자 원리를 규명했다고 밝혔다. 

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘PLoS Biology’에 지난 12월 18일 온라인으로 게재됐다.

인간의 뇌에는 약 1000억 개의 뉴런이 100조 개가 넘는 시냅스로 연결돼 있으며, 이 정교한 연결망 덕분에 사고와 기억, 행동이 가능하다. 

그러나 이러한 정확한 시냅스 연결이 어떤 분자 기전에 의해 형성되는지는 오랫동안 미지의 영역으로 남아 있었으며 연구진은 2013년부터 연구를 이어온 슬릿트랙 단백질에 주목했다. 

슬릿트랙은 구조가 유사한 6종의 단백질로 구성돼 있으며, 기존에는 이들이 유사한 기능을 수행하는 것으로 알려져 있었으며 연구팀은 슬릿트랙1과 슬릿트랙2가 실제로 같은 역할을 하는지에 대한 의문에서 연구를 시작했다.

최첨단 뇌과학 기법을 활용해 생쥐의 해마에서 슬릿트랙1과 슬릿트랙2 유전자를 각각 제거한 뒤 시냅스 변화를 분석한 결과, 두 단백질은 뇌 속 위치와 연결되는 신경세포의 종류에 따라 전혀 다른 방식으로 시냅스 기능을 조절하는 것으로 나타났다. 

이는 단백질이 고정된 역할을 하는 것이 아니라, 주변 환경에 따라 ‘전문가’처럼 기능을 달리 수행한다는 사실을 입증한 것이다.

특히 이번 연구는 실제 뇌질환과의 연관성을 실험적으로 입증했다는 점에서 주목된다. 

연구진은 조현병 환자에게서 발견된 슬릿트랙2 유전자 이상이 동물 실험에서도 특정 시냅스 기능 이상을 동일하게 유발한다는 사실을 확인했다. 

이는 자폐증, 조현병, 강박증 등에서 보고되는 시냅스 관련 유전자 변이가 어떻게 뇌 기능 장애로 이어지는지를 직접적으로 보여주는 결과다.

고재원 교수는 “같은 부모에게서 태어난 형제라도 각자의 역할과 개성이 다르듯, 뇌 속 단백질 역시 환경에 따라 서로 다른 전문성을 발휘한다는 새로운 원리를 제시한 연구”라고 전했다.

또한 “특정 신경회로에서만 문제가 발생하는 뇌질환의 원인을 이해하고, 향후 문제가 된 시냅스만을 선택적으로 치료하는 정밀 치료 전략 개발의 출발점이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 DGIST 김동욱·김진후 박사, 김병찬 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, DGIST 엄지원 교수, 한국뇌연구원 이계주 박사, KAIST 의과학대학원 손창호 교수, 벨기에 루벤대(Joris de Wit 교수) 연구진이 공동연구로 함께했다. 

한편 DGIST 연구진은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 글로벌리더연구사업, 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.