정호성 연세대 의대 해부학교실 교수팀은 영국 캠브리지대 크리스틴 홀트(Christine Holt) 교수팀과 함께 뇌신경망 말단의 유전자 자체발현을 통한 뇌신경망 형성 및 유지 기전을 세계 최초로 발견했다고 20일 밝혔다.

신경세포는 마치 전기회로에서 전선을 통해 정보가 전달되듯 긴 축삭을 통해 다른 세포에 정보를 전달한다. 뇌가 정상적으로 기능을 수행하려면 뇌의 발생 과정에서 축삭의 말단이 정확하게 연결되고 이 상태가 평생 유지되는 게 중요하다.
최근까지 뇌신경망의 형성 및 유지를 위해 필요한 단백질은 모두 세포체에서 합성된 뒤 축삭으로 수송되는 것으로 여겨져왔다.

축삭은 뇌 신경세포에서 ‘꼬리’처럼 길게 뻗어나온 부분이다. 축삭은 신경세포에서 발생한 신호를 다른 세포로 전달한다. 전기배선에서 전기가 이동하는 ‘전선’과 같은 역할을 한다. 과학계에서는 축삭 말단에 단백질을 만드는 세포 소기관인 리보솜이 존재하고 리보솜에서 단백질을 만들 것으로 추측해왔다. 그러나 그 양이 아주 적은 탓에 단백질을 분리해내는지 확인하지 못해 과학적으로 입증되지 않았다.

하지만 이번 연구로 축삭이 자체적으로 말단에 저장된 RNA를 번역해 단백질이 합성되는 것으로 확인됐다. 연구팀은 축삭말단에서 번역되는 RNA만을 표지 및 분리할 수 있는 축삭트랩(axon-TRAP)이라는 기술을 개발해 국소적으로 합성되는 단백질 정보를 분석했다. 이 방법은 축삭 말단에 있는 리보솜만을 선별적으로 표시한 뒤 이 리보솜과 결합한 전령RNA(mRNA)만 분리해내는 방법이다. ‘전령(messenger) RNA’는 단백질을 합성하기 위한 정보를 DNA로부터 단백질 합성기구인 리보솜에 전달하는 역할을 한다.

이번 연구에서 발생 과정 중에는 시냅스(synapse, 신경세포간의 연결) 형성을 조절하는 단백질들이 합성됐다. 또 발생이 끝난 성체의 축삭에서는 시냅스의 기능 유지와 축삭 생존에 필요한 단백질들이 합성되는 것으로 나타났다. 정호성 교수는 “지금까지 RNA조절인자에 돌연변이가 생긴 경우 어떤 기전으로 자폐증 같은 신경발달장애나 루게릭병 등 퇴행성질환이 유도되는지 알 수 없었다”며 “이번 연구로 질병 발생 원인을 새로운 각도에서 바라볼 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발사업(국가마우스표현형분석사업, 단장 성제경 서울대 교수), 뇌과학원천기술개발사업(뇌발달장애 진단 및 조절기술 개발, 단장 선웅 고려대 교수)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 ‘마우스 모델에서 축삭 말단내 국소적 번역을 통한 신경망 형성 및 유지 기전에 대한 연구결과’라는 제목으로 생명과학 분야의 저명 국제학술지인 ‘세포(Cell, IF=32.242)’ 오는 30일자에 게재될 예정이다.