노화·질병으로 점점 변화하는 뇌, 실시간 관찰한다

KAIST 허원도 교수 공동연구팀, 시냅스 형성·변화 관찰 첫 성공

"뇌 기능·질환 원인 규명 핵심적 역할 기대"

생쥐 대뇌 시각 피질에서 실시간 변화하는 시냅스 [KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 정찬욱 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 허원도 교수팀이 미국 존스홉킨스의대 권형배 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 이상규 박사 연구팀과 함께 세계 최초로 뇌 시냅스 형성과 소멸, 변화를 실시간 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

우리 뇌 속에는 약 860억개 신경세포와 신경세포 간 신호를 주고받아 우리의 인지, 감정, 기억 등과 같은 다양한 뇌 기능을 조절하도록 돕는 600조개에 달하는 시냅스가 존재한다.

시냅스는 노화나 알츠하이머병과 같은 질병 상황에서 감소하는 것으로 알려졌지만, 그 구조 변화를 실시간 관찰하는 데에는 한계가 있었다.

허원도 교수 연구팀은 형광 단백질(ddFP)을 시냅스와 결합해 신경세포 간 시냅스 연결 과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발했다.

이 기술을 시냅스(Synapse)와 스냅숏 (Snapshot)을 조합한 '시냅숏'(SynapShot)으로 이름 지었다. 기존에는 구현하기 어려웠던 시냅스 형성과 소멸, 역동적인 변화 과정을 실시간 추적하고 관찰하는 데 성공했다.

연구팀은 기초과학연구원(IBS)과 공동으로 초록과 빨강 형광을 띠는 시냅숏을 디자인해 두 개의 서로 다른 신경세포와 연결된 시냅스를 쉽게 구별할 수 있게 하고, 빛으로 분자 기능을 조절할 수 있는 광유전학 기술과 융합해 신경세포의 특정 기능을 빛으로 조절하는 것과 동시에 시냅스의 변화를 관찰했다.

또 미국 존스홉킨스의대와 함께 살아있는 생쥐에게 시각적 구별 훈련, 운동 및 마취 등 여러 상황을 유도하고 각 과정에서 시냅스의 변화를 실시간으로 관찰해 각각의 시냅스가 상당히 빠르고 역동적으로 변화될 수 있음을 확인했다.

이는 살아있는 포유류의 시냅스 변화를 세계 최초로 관찰한 것이다.

허원도 교수는 "이 기술은 뇌과학 연구 분야 방법론에 혁신을 가져올 것으로 예상된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 메쏘드' 8일 자 온라인판에 실렸고, 2월호 인쇄판에 게재될 예정이다.

jchu2000@yna.co.kr

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