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DGIST 연구팀, '뇌 속 시냅스 단백질 작동 원리' 규명뇌·인지과학전공 고재원·엄지원 교수 공동연구팀
  • 김재욱 기자
  • 승인 2021.07.22 05:49
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(왼쪽뒤부터 시계방향)DGIST 엄지원 교수, 고재원 교수, 석박사통합과정 김승준, 김진후, 박동석 학생. [사진제공=DGIST]

(대구=포커스데일리) 김재욱 기자 = DGIST 뇌·인지과학전공 고재원 교수, 엄지원 교수 공동연구팀이 뇌 신경회로 내 억제성 시냅스 억제성 시냅스(시냅스는 뇌속 신경세포 사이에서 신호가 전달되는 구조적 장소인데, 억제성 시냅스는 다른 신경세포로부터의 신호 전달을 억제함으로써 신경계의 고차적인 통합작용을 매개함) 신경전달을 조절해 불안장애를 교정할 수 있는 신규 후보표적을 발견했다고 21일 밝혔다. 이번 연구 성과는 불안장애를 수반하는 뇌 정신질환인 우울증이나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 등 신규 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다. 

시냅스는 신경정보를 빠르고 정확하게 전달하는 특별한 창구로 작동하며 모든 뇌기능을 관장한다. 시냅스는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 구분되는데, 이들 시냅스는 뇌기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 서로 길항적으로 작용해 신경회로 네트워크의 균형을 유지한다. 특히 특정 영역의 억제성 시냅스가 망가질 경우 기억력 감퇴, 자폐증, 우울증 등이 발생하며, 이러한 메커니즘이 어떻게 조절되는지 확립된 분자 원리가 없었다.

이에 고재원‧엄지원 교수 공동연구팀은 지난 2016년 억제성 시냅스 단백질인 IQSEC3를 최초 발굴했다. 또한 지난해에는 IQSEC3가 기억, 학습 등 뇌의 고등기능을 매개하는 부위인 해마 치아이랑(hippocampal dentate gyrus)의 신경회로 활성과 소마토스타틴(somatostatin) 펩타이드 양을 조절해, 억제성 시냅스 발달을 조절하는 핵심 인자임을 규명한 바 있다. 이러한 연구결과를 바탕으로  이번 연구에서는 IQSEC3 단백질이 외부자극에 반응해 억제성 시냅스 발달을 매개하는 핵심 전사인자 전사인자(타겟 유전자 근처 DNA에 결합하여 타겟 유전자 발현을 켜거나 끄는 스위치 역할을 수행하는 단백질)인 Npas4 단백질의 하위 인자로 작동하면서, 뇌의 해마 해마(뇌의 관자엽 안쪽에 위치하며 장기기억과 공간, 감정행동을 조절하는 영역) 영역 내 소마토스타틴을 분비하는 특정 억제성 신경세포의 시냅스 신경전달을 조절함을 증명했다.

또한 연구팀은 화학유전학(chemogenetics) 기법을 통해 상위 인자인 Npas4와 하위인자인 IQSEC3의 작동경로가 뇌 속 억제성 신경세포 활성을 관장해 불안 행동을 조절함을 규명했다. 특히 IQSEC3 단백질이 신경세포들의 활성을 억제하는 신경전달물질인 가바(GABA)의 분비를 촉진하여 해마 내 네트워크 활성 조절을 통한 특정 행동을 제어하는 신규 메커니즘을 제시했다.

DGIST 고재원 교수는 “엄지원 교수팀과의 지속적인 공동연구를 통해 IQSEC3 단백질이 뇌 억제성 신경회로 활성을 조절하는 일관된 단서들을 꾸준히 확보하고 있다”라며, “본 연구는 IQSEC3이 흥분성-억제성 균형을 유지하는 핵심 인자로서 작동하는 새로운 규칙을 규명해, 불안장애 등 뇌정신질환의 치료제 개발에 도움을 줄 수 있을 것”으로 소감을 밝혔다.

이번 연구성과는 DGIST 뇌·인지과학전공 김승준, 박동석, 김진후 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 20일자 온라인 게재됐다. 아울러 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘뇌과학원천기술개발사업’, ‘중견연구사업’, 그리고 대구경북과학기술원의 ‘미래선도형특성화연구’의 지원을 받아 수행됐다.

김재욱 기자  jukim6162@ifocus.kr

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#DGIST#시냅스단백질#고재원#엄지원

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