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포스텍 연구팀, 뇌질환 치료 실마리 풀었다…치매, 자폐증 등 뇌질환 치료 획기적 전기

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뇌질환 핵심 분자의 국소발현 조절기작 밝혀

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사진은 포스텍 융합생명공학부 김경태 교수.


[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 융합생명공학부 김경태 교수와 정영섭 박사가 공동연구를 통해 뇌 신경질환이 발생하는 메커니즘을 규명해 뇌 질환 치료의 실마리를 풀었다고 24일 밝혔다.

신경세포의 시냅스 기능에 중요한 암파(AMPA) 수용체의 국소적 발현이 뇌유래신경영양인자(BDNF·Brain-derived neurotrophic factor)에 의해 조절되는 메커니즘을 규명했다고 설명했다.

뇌 신경질환들의 경우, 뇌 신경세포의 발달과 분화에 지대한 영향을 미치는 뇌유래신경영양인자의 신호전달과 시냅스 가소성, 즉 신경자극에 따른 시냅스 변형 과정에 문제가 생겨 발생한다.

신경세포 간 정보전달은 시냅스를 통해 이뤄지는데, 시냅스 활성과 구조는 자극에 따라 역동적으로 변화하며 조절된다.

이때 뇌유래신경영양인자가 신경세포의 생존과 시냅스 가소성에 큰 영향을 미친다. 뇌유래신경영양인자의 기능에 문제가 발생하면, 뇌세포 간 원활한 정보교환을 방해할 뿐 아니라 뇌 신경세포를 사멸시켜 학습과 기억능력의 장애로 이어진다.

암파 수용체는 글루탐산이 작용하는 이온통로 수용체로서 흥분성 신경신호를 담당하고 있다. 이 수용체는 신경세포의 수상돌기 가시구조에 위치하며 시냅스에서 분비되는 글루탐산을 인식해 신호를 전달한다.

시냅스 가소성을 위해 암파 수용체의 합성은 신경자극의 강도와 기간, 빈도에 따라 효율적이며 신속하게 국소적으로 일어나야 한다. 이 암파수용체가 시냅스에 존재한다는 사실은 이미 알려져 있었지만, 현재까지 이 mRNA가 어떻게 수용체 단백질로 합성되는지에 대한 메커니즘은 알려지지 않았다.

연구팀은 암파 수용체 mRNA의 앞부분에 내부리보솜유입점(IRES·Internal Ribosome Entry Site·RNA의 내부에 존재하는 리보솜의 결합부위) 활성이 있는 부위가 있으며, 일반적인 방식과는 달리 이 부위에 RNA 결합 단백질(hnRNP A2/B1)을 결합하면 단백질 번역이 증가한다는 사실을 밝혀냈다.

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[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 융합생명공학부 김경태 교수와 정영섭 박사가 공동연구를 통해 뇌 신경질환이 발생하는 메커니즘을 규명해 뇌 질환 치료의 실마리를 풀었다고 24일 밝혔다.사진은 관련 연구흐름도.(사진=포스텍 제공) 2020.11.24. photo@newsis.com

핵에서 전사돼 만들어진 암파 수용체 mRNA는 수상돌기로 이동해 대기하고 있다가, 신경자극이 오면 이에 반응해 신속하게 수용체 단백질로 번역되는 것도 확인했다.

뇌유래신경영양인자가 신경세포를 자극하면 RNA 결합 단백질의 양이 많아져 암파 수용체 단백질의 합성을 촉진한다. 이렇게 만들어진 암파 수용체 단백질은 시냅스에 포진해 신경신호전달을 효율적으로 수행한다.

이 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 최근호에 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단 뇌과학원천기술과제와 중견연구자지원사업, 농촌진흥청의 차세대바이오그린21과제의 지원으로 수행됐다.

연구를 주도한 포스텍 김경태 교수는 “이번 연구는 뇌 발달장애나 뇌 신경세포의 퇴행을 막는 핵심적인 메커니즘을 밝힌 것”이라며 “향후 자폐증이나 치매와 같은 퇴행성 뇌질환의 치료에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 dr.kang@newsis.com

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