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뇌신경망 말단 유전자 자체발현 메커니즘 규명
뇌신경망 말단 유전자 자체발현 메커니즘 규명
  • 이정환 기자 leejh91@doctorsnews.co.kr
  • 승인 2016.06.20 11:48
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뇌신경발달장애 및 퇴행성질환 연구에 기여할 것으로 기대
정호성 교수팀, '축삭트랩' 기술로 국소적 합성 단백질 정보 분석

정호성 교수
뇌신경망 말단의 유전자 자체발현을 통한 뇌신경망 형성 및 유지 기전이 밝혀져 자폐증과 같은 뇌신경발달장애 및 루게릭병과 같은 퇴행성질환 연구에 크게 기여할 것으로 보인다.

정호성 연세의대 교수(해부학)팀과 영국 캠브리지대 크리스틴 홀트 교수 연구팀은 '마우스 모델에서 축삭 말단 내 국소적 번역을 통한 신경망 형성 및 유지 기전에 대한 연구결과'를 생명과학분야의 권위 있는 학술지인 <셀(Cell, IF: 32.242)> 지 온라인판 6월 16이자에 게재했다.

신경세포는 마치 전기회로에서 전선을 통해 정보가 전달되듯 긴 축삭을 통해 다른 세포에 정보를 전달하는데, 뇌가 정상적으로 기능을 수행하려면 뇌의 발생 과정에서 축삭의 말단이 정확하게 연결을 맺고, 한 번 맺은 연결이 평생 유지되는 것이 중요하다.

최근까지 뇌신경망의 형성 및 유지를 위해 필요한 단백질은 모두 세포체에서 합성된 후 축삭으로 수송된다고 생각됐으나, 이번 연구를 통해 축삭이 자체적으로 말단에 저장된 RNA를 번역해 단백질을 합성할 수 있다는 사실을 밝혔다.

연구팀은 이번 연구에서는 축삭말단에서 번역되는 RNA만을 표지·분리할 수 있는 '축삭트랩'이라는 기술을 개발해, 국소적으로 합성되는 단백질의 정보를 분석했다.

분석 결과, 발생과정 중에는 시냅스(synapse:신경세포간의 연결)형성을 조절하는 단백질들이 합성되며, 발생이 끝난 성체의 축삭에서는 시냅스의 기능 유지와 축삭 생존에 필요한 단백질들이 합성됨을 밝혔다.

연구를 주도한 정호성 교수는 "국소적으로 합성되는 단백질을 유전체 수준에서 밝혀낼 수 있으면 신경망의 형성과 유지의 새로운 원리를 밝히고, 나아가 신경발달장애와 퇴행성질환의 원리를 새로운 각도에서 바라볼 수 있을 것이라고 생각했다"고 연구를 시작하게 된 배경을 설명했다.

또 "최근까지 단백질합성공장인 리보솜은 신경세포의 세포체에만 존재한다는 것이 정설이었고, 따라서 축삭에 있는 모든 단백질은 리보솜이 존재하는 세포체에서 만들어져 축삭 말단까지 수송돼 필요한 곳에 사용되는 것으로 알려졌다"고 말했다.

그러나 "단백질 수송만으로는 발생 과정중의 역동적인 축삭말단의 변화를 설명할 수 없기 때문에 축삭말단에서 단백질이 원하는 시간에 원하는 곳에서 만들어 질 것이라는 예상이 많았지만 축삭말단에서 만들어지는 단백질을 분리할 방법이 없었기 때문에 이 가설을 증명할 수 없었다"고 덧붙였다.

정 교수는 "이번 연구에서는 축삭트랩이라는 기술을 바탕으로 신경망형성 시 축삭말단에서 만들어지는 단백질을 유전체수준에서 분석했으며, 국소적 단백질 합성이 성체 신경망의 축삭말단에서도 일어난다는 사실을 최초로 밝힌 것"이라고 의의를 설명했다.

특히 "지금까지 왜 사람에게 RNA조절인자에 돌연변이가 생겼을 경우 자폐증과 같은 신경발달장애나 루게릭병같은 퇴행성질환이 유도되는지 알 수 없었는데, 이번 연구를 통해 그 원인을 새로운 각도에서 바라볼 수도 있을 것으로 기대한다"고 강조했다.

이번 연구는 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발사업(국가마우스표현형분석사업/단장 서울대 성제경 교수), 뇌과학원천기술개발사업(뇌발달장애 진단 및 조절기술 개발/단장 고려대 선웅 교수)의 지원을 받아 수행됐다.

<용어설명>
*  축삭(axon)
신경세포의 세포체에서 길게 뻗어 나온 형태로 다른 세포로 신호를 전달하는 역할을 한다.
* 축삭트랩(axon-TRAP)
축삭 말단에 있는 리보솜만을 유전적으로 표지한 후, 리보솜과 결함한 전령RNA를 분리하여 서열을 분석하는 방법.
* 시냅스(synapse)
신경세포간의 연결
* 뇌신경망(neural network)
뇌에 있는 시냅스의 총체
* 유전자변형마우스(GEM)
유전공학기술을 활용하여 유전자가 변형된 마우스로 유전자의 생체 기능을 확인하는 연구 수단으로 활용됨.
* 전사(transcription)
유전정보인 DNA를 주형으로 전령RNA를 합성해내는 과정이다.
* 번역(translation)
전사과정을 통해 만들어진 전령RNA의 서열을 바탕으로 단백질을 합성하는 과정이다.
* 리보솜(ribosome)
전령RNA의 서열정보에 따라 아미노산을 연결하여 단백질을 합성하는 세포소기관이다.

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