December 11,2019

늙어도 철 안 드는 ‘피터팬’ 뇌세포 발견

일부 편도체 세포는 미성숙 세포로 존재

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뇌의 감정 처리 세포는 어른이 되면 대부분 성숙하지만, 일부는 노인이 되어도 미성숙한 상태인 ‘피터팬’ 세포로 남아있다는 흥미로운 사실이 밝혀졌다. 뇌의 감정 처리를 위한 핵심인 편도체(amygalda) 중 일부 세포가 77세로 사망한 노인의 뇌에서도 발견된 것이다.

대부분의 뇌세포는 태어날 때 이미 성숙하지만, 편도체의 일부 신경세포 집단은 어린 시절 내내 태아기와 같이 미성숙한 상태에 머물러 있다. 이 세포도 대부분은 사춘기 동안 급속히 성숙하여 정서 발달에 핵심적인 역할을 하지만, 어떤 세포는 평생 동안 미성숙 상태를 유지한다고 피츠버그 대학(University of Pittsburgh)의 숀 소렐스(Shawn Sorrells) 박사가 발표했다.

편도체는 사춘기 때 급속하게 성숙해져

편도체는 뇌의 측두엽 깊숙한 곳에 위치한 아몬드 모양의 뇌로써, 사람이 환경에 대해 적절한 감정반응을 학습하는데 중요한 역할을 한다. 사람 뇌의 대부분이 다 자란지 오래 후인 사춘기에도 편도체에서는 최대 200만 개 뉴런이 늘어난다. 과학자들은 편도체가 인간의 정서 발달에 중요한 역할을 하며, 편도체의 이상이 신경 발달 장애를 일으킨다고 생각한다.

13세 어린이의 편도체에 나타난 미성숙한 세포(녹색 및 붉은색)과 성숙한 세포(푸른색)  ⓒAlvarez-Buylla lab / UCSF

13세 어린이의 편도체에 나타난 미성숙한 세포(녹색 및 붉은색)와 성숙한 세포(푸른색) ⓒAlvarez-Buylla lab / UCSF

예를 들어, 자폐증이 있는 어린이들에게는 편도체 뉴런의 확장이 없으며, 우울증, 불안감, 조울증, 외상후 스트레스 장애(PTSD)와 같이 청소년기에 자주 나타나는 감정 장애도 편도체 발달장애와 연관되어 있다.

연구팀은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 발표한 논문을 통해 ‘편도체에서 파랄라미나 핵(PL paralaminar nuclei)이라는 미성숙한 신경세포의 독특한 집단을 발견했다’고 발표했다. PL은 편도체의 빠른 성장을 설명하는 데 도움이 되지만, 연구원들은 이 세포들이 어디에서 왔는지, 또는 뇌 회로에서 어떤 역할을 하는지는 아직 알지 못한다.

연구원들은 20주부터 78세의 나이로 사망한 49명의 뇌에서 해부학적 기법과 분자적 기법을 사용해서 편도체를 조사했다. 연구원들은 편도체 PL 부위에서 미성숙 세포의 비율이 유년기 내내 높게 유지되지만 사춘기 동안 급격히 감소한다는 것을 발견했다.

태어나면서부터 13세까지 미성숙 PL 세포의 수는 약 90%에서 70% 미만으로 줄어든다. 사춘기가 끝날 무렵에는 PL 세포의 약 20%만이 미성숙 상태로 남아있다.

연구진은 PL에서 추출한 뉴런의 유전자 발현 패턴과 뉴런의 정량화를 바탕으로, 미성숙 세포가 사라지면서 성숙한 뉴런으로 대체된다는 사실을 밝혀냈다. 이 뉴런들이 명확하게 연구된 것은 이번이 처음이다. 이 뉴런이 정확히 어떤 기능을 하는지는 알 수 없지만, 사춘기에 일어나는 급속한 정서 발달에 역할을 하는 것으로 분석하고 있다.

소렐스 박사는 “청소년을 만난 사람이라면 누구나 스트레스에 어떻게 반응해야 할지, 긍정적인 사회적 유대관계를 형성하는 방법 등에 대해 감정적으로 배우는 과정이 빠르고 때로는 소란스럽다는 것을 알고 있다”고 말했다. 사춘기는 편도체와 관련된 것으로 알려진 많은 정신 질환들이 처음으로 나타나는 시기이다.

소렐스 박사는 “이 세포들이 감정과 인지 발달의 정상적인 과정에 무언가 이상이 생겼을 수도 있다는 것을 암시한다.”고 말했다.

77세 노인에서 미성숙 뇌세포 발견    

특히, 연구원들은 일부 미성숙한 뉴런들이 일생 동안 편도체에 남아 있는 것을 발견했다. 심지어는 77세 노인의 뇌에서도 발견됐다. 이런 결과는 최근 저자들이 신생 뉴런과 미성숙 뉴런이 사춘기 무렵에는 감지할 수 없는 수준으로 완전히 감소한다는 사실을 발견한 해마와는 극명한 대조를 보였다.

생쥐와 같은 다른 동물들에서는 새로운 뉴런이 평생 동안 기억력을 형성하는 해마에서 계속 태어나고, 아마도 편도체에서 낮은 속도로 태어나는 것으로 보인다. 연구자들은 동물의 해마는 동물의 뇌가 새로운 경험과 환경에 적응하도록 하기 위해, 뇌의 신경회로를 계속 연결한다고 생각한다.

이번에 발표한 새로운 연구는 인간의 뇌도 다른 동물들에서 보는 것 같이 성인이 되어도 미성숙한 ‘피터팬’ 세포를 유지할 수 있다는 것을 보여준다. 이것이 노년에도 유연한 감정을 유지하게 해 준다고 과학자들은 주장한다.

소렐스 박사는 아직은 추정이지만 “미성숙한 세포들이 뇌가 계속 성장하도록 돕는다고 상상할 수 있다”고 말했다.

 

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