[한국기술뉴스] 한국뇌연구원 신경 혈관단위체연구그룹 박형주 책임연구원과 김지영 연구원은 한국과학기술원 생명과학과 정원석 교수, 이준혁 연구원과 함께 “새로운 뇌 항상성 유지 기전”에 기반한 기억 형성 원리를 처음으로 규명했다. 

뇌에서 기억을 담당하는 부분은 해마이다. 성인 해마는 학습 및 기억 형성 중에 기존 시냅스는 사라지고 새로운 시냅스가 생기는 시냅스 재구성이 활발히 일어난다. 

시냅스가 어떻게 사라지고 학습과 기억과정 중에 어떠한 역할을 수행하는지는 알려져 있지 않았다. 이에 연구팀은 신경교세포중 숫자가 많은 별아교세포가 발생시기 때 시냅스를 먹어서 없앤다는 선행 연구결과에 착안했다. 성체 뇌에서도 별아교세포가 불필요한 시냅스를 제거해 학습 및 기억에 중요한 해마 내 흥분성 시냅스 및 회로를 유지한다는 사실을 증명했다.

기존 신경교세포 시냅스 포식 현상을 전자 현미경 또는 시냅스 염색법을 사용해 확인했었다. 기존 방법은 신경교세포에 먹힌 시냅스가 세포 내 산성 소화기관에서 급속히 분해되어 잔여 시냅스를 표시하고 관찰함에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 시냅스에 산성화 감지가 가능한 형광단백질 조합 (mCherry-eGFP)으로 구성된 바이러스 기반 시냅스 포식 리포터를 개발했다. 새로 개발한 방법으로 기존엔 관찰할 수 없었던 별아교세포가 성인 해마에서 시냅스를 지속적으로 제거하며 특히 흥분성 시냅스를 더 많이 제거하고 있음을 발견했다. 그리고 뇌의 면역세포라 불리는 미세아교세포보다 별아교세포가 주도적으로 정상 해마의 흥분성 시냅스를 제거하고 있음을 확인했다. 미세아교세포가 시냅스를 제거하는 주된 세포라는 기존 학설과는 다른 결과이다. 미세아교세포를 제거하였을 때는 시냅스의 수가 변하지 않았지만, 해마의 별아교세포가 시냅스를 먹지 못하도록 억제했을때, 비정상적인 시냅스가 과도하게 급증가하고 정상적인 해마 뇌 회로 기능과 기억형성이 저해 된다는 것을 처음으로 관찰했다.

또한 연구팀은 유전자 변형을 통해 생쥐의 별아교세포의 시냅스 포식 작용을 저해하면, 해마 내 시냅스 연결 가소성과 기억 형성에 문제가 생김을 발견했다. 이는 불필요한 시냅스들을 별아교세포가 제거하지 않으면 정상적 학습과 기억 능력이 유지될 수 없다는 것을 의미한다.

연구팀은 “비정상적인 수준의 시냅스 수 변화는 자폐, 조현병, 전 측두엽 치매 등  다양한 신경질환의 유병률과 연관성이 높다.”라고 전하며, “시냅스 수를 다시 정상으로 회복하기 위해 별아교세포가 시냅스를 먹는 현상을 조절하는 것이 이들 뇌 질환을 치료하는 새로운 전략이 될 수 있다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 “네이처(Nature)” 에 12월 23일(수) 게재됐다.