▲DGIST 고재원교수(좌), KAIST 김호민교수(우) ⓒ국제i저널

[국제i저널=대구 이은주기자] DGIST는 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 KAIST 김호민 교수 연구팀과 공동연구를 통해 신경세포 연결을 조절하는 단백질의 3차원 구조를 세계 최초로 관찰하며 시냅스 형성의 조절 메커니즘을 규명했다고 지난 6일 밝혔다.

뇌는 생물체의 내·외부에서 들어오는 모든 정보를 통합하고 처리해 생명 유지에 필수적인 기능과 행동을 조절할 뿐만 아니라 학습과 기억 능력을 담당하는 기관이다. 뇌는 수없이 많은 신경세포로 이뤄져 있고, 두 신경세포의 접합 부위인 시냅스에서 신경전달물질의 분비와 흡수가 일어나며 신호를 전달하고 뇌가 기능을 수행한다.

뇌가 발달함에 따라 신경세포 사이에 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스가 만들어지면서 효율적인 신경전달이 일어나는데, 두 시냅스의 균형이 깨질 경우 자폐증, 조울증, 강박증 등의 뇌정신 질환이 발생하는 것으로 알려져 있다.

미국 스탠포드대학교 연구팀이 발견한 Neuroligin 단백질과 Neurexin 단백질은 대표적인 시냅스 접착 단백질로서 시냅스 발달과 기능 유지에 관여하는 중요한 인자로써 알려져 있으나 아직까지 구체적인 메커니즘이 규명되지 않은 상태다. 또한, MDGA1 단백질이 억제성 시냅스에서 Neuroligin-2에 결합해 Neuroligin과 Neurexin의 상호작용을 방해하며 억제성 시냅스 발달을 억제시킨다고 알려져 있으나 그 메커니즘 역시 확실하지 않았다.

연구팀은 단백질결정학 방법을 활용해 억제성 시냅스 발달에 관여하는 Neuroligin-2와 MDGA1 단백질 복합체를 결정화하고 3차원 구조를 관찰했다. 후시냅스에 존재하는 MDGA1 단백질이 Neuroligin-2과 Neurexin 사이의 결합을 방해하면서 억제성 시냅스 형성을 저해한다는 사실을 세계 최초로 규명했다.

3차원 고해상도 분자 구조를 기반으로 Neuroligin-2와 MDGA1이 결합하는데 중추적인 역할을 하는 핵심 아미노산들의 돌연변이를 제작해 단백질 상호작용 부위가 시냅스 발달 과정의 음성적 조절에 중요한 기능적 핵심 부위임을 신경세포 배양실험을 통해 검증했다.

또한, Neuroligin-2에 대해서 MDGA1와 Neurexin가 경쟁적으로 결합을 할 수 있지만, MDGA1의 결합능력이 Neurexin보다 우월해 억제성 시냅스 형성을 효과적으로 조절할 수 있음을 규명했다.

DGIST 뇌인지과학전공 고재원 교수는 “흥분성 및 억제성 시냅스가 균형 있게 작동하는데 필요한 MDGA1 단백질의 분자적 조절 메커니즘을 규명했다”며 “시냅스 단백질의 기능 이상으로 발생하는 뇌질환들의 발병 메커니즘을 규명하고, 치료제를 개발하는 연구를 진행하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 셀(Cell)의 자매지이자 세계적 신경생물학 분야 국제학술지 ‘뉴런(Neuron)’ 지난달 21일자 온라인판에 게재됐으며, 미래창조과학부 중견연구자지원사업과 IBS 시냅스뇌질환연구단의 지원으로 수행됐다.

이은주 기자  yeu3030@naver.com

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