별아교세포가 시냅스 먹어 성인 뇌가 기억력 유지

KAIST·뇌연구원, 기억력 유지 원리 알아내
뇌 질환 치료, 뇌 항상성 유지 연구 활용 기대

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 성인의 뇌가 기억력을 유지하는 원리를 알아내 뇌질환을 치료할 새로운 가능성을 제시했다.

한국과학기술원(KAIST)은 정원석 생명과학과 교수팀이 박형주 한국뇌연구원 연구팀과 새로운 뇌 항상성 유지 기전을 처음 규명했다고 5일 밝혔다.

흰색 별아교세포와 파란색 미세아교세포가 시냅스(정상 시냅스는 녹색, 신경교세포에 의해 제거된 시냅스는 붉은색)를 제거하고 있는 모습.(자료=한국과학기술원)

성인의 해마에서 학습과 기억 형성 중 기존 시냅스는 사라지고 새로운 시냅스가 생기는 시냅스 재구성이 일어난다. 어떻게 시냅스가 사라지고, 시냅스 제거가 학습과 기억 과정 중 역할에 대해선 알려지지 않았다.

연구팀은 중추 신경계에서 다양한 역할을 하는 신경교세포 중 가장 숫자가 많은 ‘별아교세포’가 뇌 발달 시기에 시냅스를 먹어 없앤다는 정원석 교수의 선행 연구 결과에 착안해 연구를 진행했다. 그 결과, 성체 뇌에서도 별아교세포가 필요 없는 시냅스를 계속 제거하고 있음을 발견하고, 이 현상이 학습이나 기억에 중요한 해마 내 흥분성 시냅스의 회로 유지를 가능하게 한다는 사실을 증명했다.

연구팀은 새로 개발한 방법을 이용해 별아교세포가 성인 해마에서 시냅스를 계속 제거하고, 흥분성 시냅스를 많이 제거하고 있음을 발견했다.

연구팀은 뇌의 면역세포라 불리는 미세아교세포보다 별아교세포가 주도적으로 정상 해마의 흥분성 시냅스를 제거하고 있음을 확인했다. 미세아교세포가 시냅스를 제거하는 주된 세포일 것이라는 기존 학설을 뒤집는 결과다.

미세아교세포를 인위적으로 없애면 시냅스 숫자가 변하지 않았지만 해마의 별아교세포가 시냅스를 먹지 못하도록 유전자 조작을 하면 비정상적인 시냅스가 지나치게 빠르게 증가하고, 정상적인 해마 신경 회로의 기능과 기억 형성 능력이 떨어진다는 것을 처음으로 관찰했다.

연구팀은 유전자 변형을 통해 별아교세포의 시냅스 제거 작용을 억제한 생쥐에서 해마 내 시냅스 연결 가소성과 기억 형성에 문제가 생긴다는 사실도 확인했다. 필요없는 시냅스들을 별아교세포가 제거하지 않으면 뇌의 정상적인 학습과 기억 능력을 유지할 수 없다는 것이다.

연구팀은 “비정상적 수준의 시냅스 수 변화는 자폐 스펙트럼 장애, 조현병, 치매, 발작과 같은 다양한 신경질환의 유병률과 연관이 있다”며 “시냅스 수를 정상으로 회복하기 위해 별아교세포가 시냅스를 먹는 현상을 조절하는 것이 이들 뇌 질환을 치료하는 새로운 전략이 될 수 있다”고 했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 지난해 12월 23일자로 공개됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)