국내 연구진, 뇌 속 신경전달물질 주머니간 응집 메커니즘 규명

비신경세포서 시냅스소낭 응집 구조 모사 가능한 기술 개발

▲박대훈 박사와 피에트로 디 카밀리·장성호 교수 (사진= 한국연구재단 제공)

［메디컬투데이 손수경 기자］

시냅토파이신·시냅신간 상호작용이 시냅스소낭의 액체-액체 상분리 현상을 일으키는 것으로 나타났다.

한국연구재단은 장성호 교수(서울대학교) 연구팀이 미국 예일대학교 연구팀과의 공동연구로 뇌 속 신경전달물질 주머니 간 응집원리를 규명했다고 11일 밝혔다.

뇌 속 신경세포는 시냅스소낭이라는 작은 주머니에 신경전달물질을 보관하고 있으며, 신경세포가 자극을 받으면 이 주머니들이 세포막에 융합해 안에 있는 신경전달물질을 분비함으로써 다음 신경세포로신경전달이 일어나게 된다. 자극이 없는 평상시 시냅스소낭들은 서로 무리를 지어 뭉쳐 있는데 어떤 원리인지는 잘 알려지지 않았다.

연구팀은 시냅스소낭들이 서로 단단히 뭉쳐있음에도 불구하고 유동적으로 움직일 수 있는 것을 토대로 고체상태가 아닌 액체-액체 상분리 현상(liquid-liquid phase separation)에 의한 응집현상일 것이라 가정하고 연구를 진행했다.

액체-액체 상분리 현상은 물과 기름을 섞을 경우 각자 액체 로서의 유동성은 지니지만 그 둘은 섞이지 않고 각각 뭉쳐있는 현상을 말하며, 최근 이 같은 상분리 현상이 살아있는 세포에서도 일어날 것이라는 여러 증거들이 제시돼 왔다.

그 결과, 연구팀은 일련의 연구를 통해 시냅스소낭에 풍부하게 존재하는 두 단백질인 시냅토파이신 (Synaptophysin)과 시냅신(Synapsin)간 상호작용이 시냅스소낭의 액체-액체 상분리 현상을 일으키는데 결정적인 역할을 하는 것을 규명했다.

또한 이러한 원리를 이용해 기존에 신경세포에서만 특이적으로 관찰되던 시냅스소낭 응집 구조를 비신경세포에서 그대로 모사할 수 있는 기술을 개발했다.

시냅스소낭 간 자가 응집현상을 일으키는 두 가지 중요 단백질이 규명됐으며, 이 두 단백질을 활용한 비신경세포에서의 시냅스소낭 응집구조 재현 기술은 앞으로의 기초신경과학 연구와 관련 신경계 질환 연구에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 박사후국외연수사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월 11일 게재됐다.
메디컬투데이 손수경 기자(010tnrud@mdtoday.co.kr)
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