카이스트 정원석 교수, 새로운 ‘성인 뇌 기억’ 방식 제시

뇌연구원 박형주 박사와 공동 연구…기존 가설 뒤집고 새롭게 규명

카이스트(KAIST·한국과학기술원)와 한국뇌연구원 연구팀이 공동으로 성인의 뇌가 기억을 유지하는 방식을 새롭게 규명했다.

삼성전자는 삼성미래기술육성사업이 지원한 카이스트 생명과학과 정원석 교수 연구팀이 한국뇌연구원 박형주 박사팀과 공동으로 이러한 연구 결과를 도출했다고 5일 소개했다.

카이스트와 뇌연구원, 삼성전자에 따르면 연구팀은 지금까지 알려지지 않은 새로운 방식을 제시해 뇌·인지과학 연구 분야에서 새로운 돌파구를 마련했다고 인정받았다.

해당 연구 결과는 지난해 12월 말 최상위 국제학술지인 네이처(Nature)’에 공개됐다.

신경세포인 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 시냅스는 뇌 안에서 정보를 학습·기억하는 역할을 한다. 기억이 형성되는 과정에서 기존 시냅스가 사라지고 새로운 시냅스가 생성되는데, 이러한 현상이 뇌의 기억 형성에 어떤 역할을 하는지는 그간 알려지지 않았다.

정원석 교수 연구팀은 뉴런을 둘러싼 신경교세포 중 가장 숫자가 많은 ‘별아교세포’가 뇌가 급격히 발달하는 시기에 시냅스를 제거한다는 자신들의 기존 연구 결과를 바탕으로 이번 연구를 진행했다.

신경교세포는 뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 수행하는 별아교세포, 미세아교세포, 희소돌기교세포 등으로 구성돼 있다. 현재까지는 이 세포 중 미세아교세포가 시냅스를 제거하는 주된 세포로 알려져 있었다.

연구팀은 이번에 성장한 생체의 뇌에서도 미세아교세포보다 별아교세포가 더 활발하게 시냅스를 제거한다고 처음으로 밝혀냈다.

형광 단백질을 이용한 획기적인 분석법을 새롭게 도입해 미세아교세포를 그대로 둔 채 별아교세포가 시냅스를 제거하지 못하도록 기능을 억제했을 때 뇌에 비정상적인 시냅스가 급증함을 발견한 것이다.

연구 결과는 기존 학설을 뒤집고 별아교세포에 의한 시냅스 제거 현상이 뇌 신경회로의 기능·기억 형성에 필수적이라는 사실을 증명했다.

연구팀은 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.

정원석 교수는 “이번 연구를 바탕으로 별아교세포가 시냅스를 제거하는 현상을 조절할 수 있다면 자폐증, 조현병, 치매 등 뇌 신경질환 치료에 새로운 전기를 마련할 수 있을 것”이라고 말했다.

정원석 교수 연구팀은 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 지원 대상으로 선정됐다. 박형주 박사팀은 한국연구재단 뇌원천기술개발사업, 한국뇌연구원 기관고유사업의 지원을 받고 있다.

삼성미래기술육성사업은 2013년부터 10년간 1조5천억원을 출연해 기초과학, 소재기술, 정보통신기술(ICT) 등 연구 분야에서 매년 3차례(상·하반기 자유공모, 연 1회 지정테마) 과제를 선정해 지원하는 공익 사업이다.

삼성은 사회와 함께 상생한다는 철학에 따라 전개하는 이 사업을 통해 2013년부터 현재까지 634개 과제에 8천125억원을 지원했다.

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