KAIST 생명과학과의 정원석 교수와 박정주 박사과정 연구팀은 억제성 시냅스(신경세포 간 또는 신경세포와 다른 세포 사이의 접합 관계나 접합 부위)가 미세아교세포에 의해 제거되는 분자 기전을 처음으로 밝혔다고 5일 밝혔다. 이 현상이 과도하게 일어날 때 신경세포의 흥분성 증가로 발작과 같은 뇌 질환이 일어날 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.
미세아교세포는 뇌에서 면역 기능을 담당하는 신경세포의 일종으로 정상적인 뇌 기능을 수행하도록 핵심적인 역할을 한다. 시냅스는 뇌 발달과 학습 시 생성과 제거가 반복되는 변화를 겪는다.
우선 연구팀은 포스파티딜세린이라는 세포막에 존재하는 인지질 중의 하나가 죽어가는 세포 표면에 선택적으로 표지돼 면역 세포에 의해 세포를 잡아먹도록 유도한다는 사실에 착안했다. 죽어가는 세포가 제거되는 분자 기전이 시냅스만이 선택적으로 제거되는 현상에도 응용될 수 있을 것으로 예상한 것이다.
이 가정을 증명하기 위해 연구팀은 포스파티딜세린을 항상 세포 표면으로부터 안으로 지속적으로 불러들여 정상 세포막에서 이들을 노출되지 않도록 막고 있는 플립파아제라는 단백질의 기능을 신경세포에서만 억제할 수 있는 실험용 쥐 모델을 제작했다.
그 결과 신경세포의 세포체 주변의 표면에서만 선택적으로 포스파티딜세린이 표지됨을 발견했다. 이로 인해 세포막이나 흥분성 시냅스의 손상 없이 억제성 시냅스만이 선택적으로 감소하는 것도 확인했다. 해당 쥐 모델은 청각을 담당하는 뇌 지역에서 흥분-억제 균형이 깨져서 소리로 인해 촉발되는 특이한 발작 증세를 일으키는 것도 관찰했다.
연구팀은 미세아교세포를 인위적으로 제거하거나 미세아교세포에 존재하는 특정 포식 수용체를 제거했을 때, 신경세포의 표면에 포스파티딜세린이 표지됐을지라도 과도한 억제성 시냅스 감소와 발작 증세가 방지될 수 있다는 것도 알아냈다.
정 교수는 “비정상적인 억제성 시냅스 수 변화는 발작, 자폐 스펙트럼 장애, 조현병, 치매 등과 같은 다양한 뇌 질환의 유병률과 연관성이 높다”며 “뇌에서의 흥분-억제 균형이 깨져서 일어나는 다양한 뇌 신경 질환에서 미세아교세포가 억제성 시냅스를 먹는 현상을 조절하는 것이 이들 질환을 치료하는 새로운 전략이 될 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘엠보저널’에 실렸다.
/고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
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