한국보건산업진흥원은 고재원 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 교수, 최세영 서울대 치의학대학원 교수 공동연구팀이 뇌 신호전달을 지휘하는 핵심 단백질 PTPσ를 발견했다고 지난 13일 밝혔다. 해마의 특정 신경회로 내에서 시냅스 접착단백질 PTPσ의 새로운 작용기전을 세계 최초로 입증해 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공했다는 평가다.

알츠하이머병을 포함한 우울증, 자폐증, 조현병 등 대부분의 정신질환이 뇌 시냅스 접착단백질의 기능 이상과 깊은 관련이 있다고 학계에서 널리 알려졌지만 접착단백질의 세부 기능에 대해선 명확하게 밝혀지지 않았다.

뇌는 수많은 신경세포(뉴런)로 이뤄져 있으며 이 세포는 시냅스를 통해 서로 소통 한다. 시냅스는 신경세포들을 연결해주는 정보전달의 기본단위로 전시냅스(presynapse)와 후시냅스(postsynapse)로 구성돼 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 시냅스를 형성해 다양한 신경회로를 만들고, 이를 통해 학습·기억 등 모든 뇌기능을 담당한다. 뇌 기능이 제대로 작동하려면 시냅스가 제 기능을 해야 한다. 시냅스 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌질환으로 이어진다.

시냅스 접착단백질의 기능을 온전히 알게 되면 뇌질환 치료 또는 진단을 위한 바이오마커를 발굴하는데 기여할 수 있다. 연구팀은 시냅스 접착단백질 중 하나인 PTPσ 조건부 녹아웃 마우스를 이용해 PTPσ가 전시냅스 접착단백질로서 신경전달물질 방출을 지휘하는 핵심인자임을 확인했다.

해마 내 특정 신경회로에서 PTPσ 단백질이 후시냅스 글루탐산 수용체 반응에 영향을 주지 않는 것도 발견했다. 이는 PTPσ가 글루탐산 수용체 반응을 조절한다는 기존 연구들과는 다른 결과다. 연구팀은 또 PTPσ 단백질이 같은 뇌영역 내 다른 신경회로에서 각기 다른 작용기전으로 시냅스 기능을 수행하는 모델을 제안했다.

고재원 DGIST 교수는 “이번 연구는 신경계 발달에 관여하는 시냅스 접착단백질 PTPσ의 보편적 기능뿐 아니라 해마의 특정 신경회로 내 기능도 세계 최초로 입증했다”며 “향후 뇌질환 치료를 위한 실마리를 제공했다는데 의미가 있다”고 설명했다.

이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업(세계선도의생명과학자육성)으로 수행됐으며, 국제학술지 셀 (Cell) 자매지인 ‘iScience’ 5월 28일자 온라인판에 게재됐다.