국내 연구진이 시냅스 접착단백질 슬릿트랙(Slitrk)이 신경세포간 대화채널인 시냅스의 구조와 기능을 조절하여 신경세포의 흥분과 억제간 균형을 맞춰준다는 사실을 밝혀냈다. 슬릿트랙 단백질은 강박증, 정신분열증, 그리고 조울증 등과 관련되어 있다고 알려져 있어 향후 이같은 뇌질환의 원인을 밝히는 단서가 될 것으로 기대된다.

시냅스(synapse)는 1000억여개에 이르는 뇌 신경세포를 서로 연결하는 부위로 200만분의 1mm 가량의 틈 사이로 엔돌핀, 도파민 등 신경전달물질을 주고 받으면서 전기화학적 신호전달이 이뤄진다. 

시냅스접착단백질은 서로 다른 신경세포가 물리화학적으로 만나도록 접착제처럼 작용하는 시냅스 초기 생성과정에서 필요한 단백질이다. 

연세대학교 생화학과 고재원 교수(34세)와 의과대학 약리학교실 김철훈 교수(43세)가 주도하고 한국과학기술원 김은준 교수팀이 공동으로 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원으로 수행되었고 과학전문지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’ 1월 23일자 온라인판에 게재되었다.

뇌신경세포는 기억과 인지, 운동 등을 원활히 조절하기 위해 시냅스에서 신경전달물질을 주고 받으면서 다른 신경세포와 교감한다.

평소 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스가 서로 협력하여 신경전달이 정상적으로 일어나도록 균형을 이루고 있는데 이 균형이 깨어질 경우 자폐증, 정신분열증과 같은 뇌질환이 발생하게 된다.

흥분성/억제성 시냅스는 하나의 신경세포가 다른 신경세포를 흥분시키느냐 억제시키느냐에 따라서 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 분류된다. 

뇌에서 특이적으로 발현된다고 알려진 슬릿트랙 단백질은 형질전환생쥐 연구를 통해서 중추신경계 발달에 중요한 기능을 수행할 것이라는 추측은 있었지만 구체적으로 시냅스에서 어떤 역할을 하는지는 잘 알려져 있지 않았다. 

연구팀은 슬릿트랙 단백질이 LAR-RPTP 단백질과 마치 자물쇠와 열쇠처럼 서로 특이적으로 결합하여 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스의 생성을 유도하여 두 종류의 시냅스간에 균형을 유지할 수 있도록 한다는 사실을 규명하였다.

LAR-RPTP 단백질은 신경세포의 초기 발달과정에서 중요한 역할을 하는 단백질 군으로 잘 알려져 있었으나 발견된 지 20여년이 지난 지금까지 시냅스에서의 구체적인 기능에 대해서는 잘 알려져 있지 않았었다.

특히 슬릿트랙 단백질이 LAR-RPTP 단백질의 어느 부위에 결합하느냐에 따라 흥분성 시냅스 생성을 촉진하기도 하고 억제성 시냅스의 생성을 촉진하기도 하는 방식으로 시냅스 생성을 선택적으로 조절하여 균형을 유지하는 구체적인 기전을 밝혀냈다. 

연구팀은 신경배양세포에서 슬릿트랙 단백질을 과발현하면 시냅스의 숫자가 증가하나 반대로 슬릿트랙 단백질의 발현양을 감소시키면 시냅스의 숫자가 감소함을 확인하였다. 

신경배양세포는 쥐의 뇌조직에서 추출하여 적절한 배지 내에서 발달, 분화시킨 신경세포이다. 

김철훈 교수는 “이번 연구는 기존에 알려진 시냅스 접착단백질과 마찬가지로 슬릿트랙 단백질이 실제로 시냅스에서 중요한 역할을 할 수 있음을 체계적으로 밝힌 연구이다”라고 본 연구의 가치를밝혔으며 고재원 교수는 “슬릿트랙 단백질의 기능에 이상이 생길 경우 발생할 수 있는 투렛신드롬, 강박증과 같은 관련 뇌질환의 발병기전에 관한 단서를 제공하여 치료제 개발에 새로운 가능성을 열었다”고 연구의의를 밝혔다.

<기사출처 | 교육과학기술부 보도자료>