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[Scientist] 카이스트 정원석 교수, 뇌·인지과학 연구 분야에 새로운 돌파구 마련

별아교세포…뇌 신경회로의 기능과 기억 형성에 필수적

카이스트(KAIST) 생명과학과 정원석 교수 연구팀이 한국뇌연구원 박형주 박사팀과 공동으로 뇌에서 시냅스가 제거되는 새로운 방식을 성인의 뇌에서 규명하면서 뇌·인지과학 연구 분야에 새로운 돌파구를 마련했다고 인정받아 지난해 말, 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 공개되기도 했다.
[Scientist] 카이스트 정원석 교수, 뇌·인지과학 연구 분야에 새로운 돌파구 마련 - 산업종합저널 인터뷰
▲ 카이스트 생명과학과 정원석 교수


어떻게 연구를 시작하게 됐는지 궁금하다.

신경세포인 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 시냅스는 뇌 안에서 정보를 학습하고 기억하는 역할을 담당하고 있다. 기억이 형성되는 과정에서 기존의 시냅스는 없어지고 새로운 시냅스가 생성되게 된다. 그런데 어떻게 기존의 시냅스가 사라지는지, 이렇게 사라지는 현상이 뇌의 기억 형성에는 어떤 역할을 끼치는지에 대해서는 아직까지 알려져 있지 않았다.

연구팀은 뉴런을 둘러싸고 있는 신경교세포 중 가장 숫자가 많은 ‘별아교세포’가 뇌가 급격히 발달하는 시기에 시냅스를 제거한다는 기존 연구 결과에 착안해 연구를 진행하게 됐다.

이번 연구에 새로운 분석법을 도입했다고 하던데 어떤 방법인가?

신경교세포는 뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 담당하는 세포로 별아교세포, 미세아교세포, 희소돌기아교세포 등으로 구성돼 있다. 현재까지는 이 세포들 중 ‘미세아교세포’가 시냅스를 제거하는 주된 세포로 알려져 있었다.

연구팀은 성장한 생체의 뇌에서도 ‘미세아교세포’보다 ‘별아교세포’가 더 활발하게 시냅스를 제거하고 있음을 처음으로 밝혀냈다.

형광 단백질을 이용한 획기적인 분석법을 새롭게 도입해 ‘미세아교세포’를 그대로 두고, ‘별아교세포’가 시냅스를 제거하지 못하도록 기능을 억제했을 때 뇌에 비정상적인 시냅스가 급증하는 것을 발견하게 됐다.

연구 결과는 ‘미세아교세포’가 시냅스를 제거하는 주된 세포일 것이라는 기존의 학설을 뒤집었다. 별아교세포에 의한 시냅스 제거 현상이 뇌 신경회로의 기능과 기억 형성에 필수적임을 보여준 것이다.

새롭게 발견한 방법을 어떻게 검증했는지도 궁금하다.

생쥐를 대상으로 한 실험을 통해 새롭게 발견한 방식을 검증했다. 그 결과 유전자 변형을 통해 별아교세포의 시냅스 제거 작용을 억제한 생쥐에서는 불필요한 시냅스가 제거되지 않고 또한 새로운 시냅스가 형성되는데 문제가 발생했다.

시냅스가 제거되고 새롭게 형성되는 과정에 별아교세포가 미치는 영향이 뇌가 기억을 형성하고 유지하는데 필수인 것을 생체에서도 확인한 것이다.
[Scientist] 카이스트 정원석 교수, 뇌·인지과학 연구 분야에 새로운 돌파구 마련 - 산업종합저널 인터뷰
▲ 뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 수행하는 세포인 별아교세포(하얀색)와 미세아교세포(파란색)가 시냅스를 제거하고 있는 모습


이번 연구결과가 앞으로 어떻게 활용될 수 있나?

이번 연구를 바탕으로 ‘별아교세포’가 시냅스를 제거하는 현상을 조절하게 할 수 있다면 자폐증, 조현병, 치매 등 뇌 신경질환 치료에 새로운 전기를 마련할 수 있을 것이다.

한편, 정원석 교수 연구팀은 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며, 박형주 박사팀은 한국연구재단 뇌원천기술개발사업, 한국뇌연구원 기관고유사업 지원을 받고 있다.
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