DGIST(총장 국양) 뇌과학과 엄지원·고재원 교수 공동연구팀이 지적장애와 관련된 신규 유전자 변이를 보고하고 이와 관련된 흥분성 시냅스(시냅스는 뇌 속 신경세포 사이에서 신호가 전달되는 구조적 장소이다)가 다른 신경세포로부터의 신호 전달을 활성화한다는 것을 26일(화) 밝혀냈다. 이는 지적 경계의 고차적인 통합작용을 조율할 활성 신호 기전이다. 흥분성 시냅스 신호 활성을 조율하여 뇌 발달 장애를 치료할 수 있는 새로운 연구 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 

시냅스는 신경정보를 빠르고 정확하게 전달하는 특별한 창구로서 모든 뇌기능을 관장한다. 시냅스는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 구분되는데, 이들 시냅스는 뇌기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 서로 협력하며 신경회로 네트워크의 균형을 유지한다. 이러한 균형이 망가질 경우 다양한 뇌 발달 질환, 정신질환, 퇴행성뇌질환 등이 발병하는 것으로 알려져 있다.

한편, 시냅스 접착 단백질은 서로 물리․화학적으로 결합하며 쌍방향으로 세포신호를 전달하는데, 이 결합에 의한 세포 내 신호전달의 작동방식에 관해서는 명확하게 밝혀지지 않았었다.

엄지원․고재원 교수 공동 연구진은 지난 2013년 이후 시냅스 접착 단백질군을 다수 발굴하고 그 기능을 연구 해왔다. 특히, 연구진은 슬릿트랫(Slitrk) 시냅스 접착단백질군이 흥분성 및 억제성 시냅스 발달에 관여하는 핵심 인자임을 규명한 바 있다. 이 중 슬릿트랫2(Slitrk2) 단백질은 흥분성 시냅스 형성에 특이적으로 관여하는데, 자폐증, 지적장애 등의 뇌질환과도 밀접하게 관련되어 있었다. 실제로 조현병, 양극성 장애와 관련한 다양한 슬릿트랙2 유전자 변이가 기존에 보고된 바 있으나 이러한 변이들이 어떻게 슬릿트랙2 단백질 기능에 영향을 주어 뇌질환을 유발하는지에 대해서는 명확하게 알려지지 않았었다.

본 연구에서는 뇌정신 및 뇌발달 질환자들을 대상으로 엑솜시퀀싱 엑솜시퀀싱: 전체 DNA 영역 중 단백질을 암호화하는 부분인 엑솜 영역의 염기서열만을 분석하는 방법. 인간의 경우 엑솜은 전체 유전체의 2% 미만이기 때문에 생산되는 데이터의 크기가 비교적 작아 분석이 용이하다.

기존에 보고되지 않았던 다양한 슬릿트랙2 유전자 변이들을 검출하고, 이 변이들이 슬릿트랫2 단백질 구조 및 기능에 어떻게 영향을 미치는지 체계적으로 분석했다. 특히 변이들 중 일부는 슬릿트랙2 단백질이 세포막에서 제대로 발현하지 못하게 기능을 망가뜨려 흥분성 시냅스 신경전달과정을 저해함을 발견했다.

흥미롭게도 뇌발달질환 연관 신규 슬릿트랙2 변이들은 모두 트랙B 수용체의 발현 및 활성을 비정상적으로 변형시켰다. 트랙B 수용체는 BDNF 인자 BDNF인자(Brain-Derived neurotrophic Factor,뇌유래신경영양인자) : 뇌에서 분비되는 신경에 영양을 주는 물질로서 기억과 학습을 담당하는 뇌의 해마 신경 생성을 촉진한다. 시냅스 발달을 매개하는 중요 단백질이고, 자폐 등 뇌 발달 질환과의 연관성도 잘 알려져 있다. 따라서, 본 연구결과는 슬릿트랙2-트랙B 복합체를 타겟으로 한 신규 뇌정신질환 치료제 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 뇌과학과 엄지원 교수는 “본 연구는 해외 임상유전학자들과 협업하여 슬릿트랙2 유전자에 문제가 생겨서 X 염색체 연관 지적장애를 유발할 수 있다는 핵심적 증거를 제시한 최초의 논문이다”라고 밝혔으며, 고재원 교수는 “슬릿트랙2-트랙B 복합체가 관련 뇌발달질환의 중요한 바이오마커가 될 수 있음을 시사하며, 현재 관련 후속연구를 진행하고 있다”라고 밝혔다.

최승우 기자 kantmania@kyosu.net

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