포스텍 연구팀, 뇌질환 치료 실마리 풀었다…치매, 자폐증 등 뇌질환 치료 획기적 전기
뇌질환 핵심 분자의 국소발현 조절기작 밝혀
사진은 포스텍 융합생명공학부 김경태 교수.
신경세포의 시냅스 기능에 중요한 암파(AMPA) 수용체의 국소적 발현이 뇌유래신경영양인자(BDNF·Brain-derived neurotrophic factor)에 의해 조절되는 메커니즘을 규명했다고 설명했다.
뇌 신경질환들의 경우, 뇌 신경세포의 발달과 분화에 지대한 영향을 미치는 뇌유래신경영양인자의 신호전달과 시냅스 가소성, 즉 신경자극에 따른 시냅스 변형 과정에 문제가 생겨 발생한다.
신경세포 간 정보전달은 시냅스를 통해 이뤄지는데, 시냅스 활성과 구조는 자극에 따라 역동적으로 변화하며 조절된다.
이때 뇌유래신경영양인자가 신경세포의 생존과 시냅스 가소성에 큰 영향을 미친다. 뇌유래신경영양인자의 기능에 문제가 발생하면, 뇌세포 간 원활한 정보교환을 방해할 뿐 아니라 뇌 신경세포를 사멸시켜 학습과 기억능력의 장애로 이어진다.
암파 수용체는 글루탐산이 작용하는 이온통로 수용체로서 흥분성 신경신호를 담당하고 있다. 이 수용체는 신경세포의 수상돌기 가시구조에 위치하며 시냅스에서 분비되는 글루탐산을 인식해 신호를 전달한다.
시냅스 가소성을 위해 암파 수용체의 합성은 신경자극의 강도와 기간, 빈도에 따라 효율적이며 신속하게 국소적으로 일어나야 한다. 이 암파수용체가 시냅스에 존재한다는 사실은 이미 알려져 있었지만, 현재까지 이 mRNA가 어떻게 수용체 단백질로 합성되는지에 대한 메커니즘은 알려지지 않았다.
연구팀은 암파 수용체 mRNA의 앞부분에 내부리보솜유입점(IRES·Internal Ribosome Entry Site·RNA의 내부에 존재하는 리보솜의 결합부위) 활성이 있는 부위가 있으며, 일반적인 방식과는 달리 이 부위에 RNA 결합 단백질(hnRNP A2/B1)을 결합하면 단백질 번역이 증가한다는 사실을 밝혀냈다.
[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 융합생명공학부 김경태 교수와 정영섭 박사가 공동연구를 통해 뇌 신경질환이 발생하는 메커니즘을 규명해 뇌 질환 치료의 실마리를 풀었다고 24일 밝혔다.사진은 관련 연구흐름도.(사진=포스텍 제공) 2020.11.24. [email protected]
뇌유래신경영양인자가 신경세포를 자극하면 RNA 결합 단백질의 양이 많아져 암파 수용체 단백질의 합성을 촉진한다. 이렇게 만들어진 암파 수용체 단백질은 시냅스에 포진해 신경신호전달을 효율적으로 수행한다.
이 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 최근호에 게재됐다.
이 연구는 한국연구재단 뇌과학원천기술과제와 중견연구자지원사업, 농촌진흥청의 차세대바이오그린21과제의 지원으로 수행됐다.
연구를 주도한 포스텍 김경태 교수는 “이번 연구는 뇌 발달장애나 뇌 신경세포의 퇴행을 막는 핵심적인 메커니즘을 밝힌 것”이라며 “향후 자폐증이나 치매와 같은 퇴행성 뇌질환의 치료에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.
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