뇌 속 신경전달물질, 스스로 뭉쳐있는 이유

국내 연구팀, 무리 지어 뭉쳐있는 시냅스소낭 원리 규명

[아이뉴스24 정종오 기자] 뇌 속 신경세포는 시냅스소낭이라는 작은 주머니에 신경전달물질을 보관하고 있다. 신경세포가 자극을 받으면 이 주머니들이 세포막에 융합해 안에 있는 신경전달물질을 분비한다. 다음 신경세포로 신경전달이 일어난다.

자극이 없을 때 시냅스소낭들은 서로 무리를 지어 뭉쳐있는데 어떤 원리인지 잘 알려지지 않았다. 국내 연구팀이 그 원리를 찾아냈다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 장성호 교수(서울대) 연구팀이 미국 예일대 연구팀과 공동연구로 뇌 속 신경전달물질 주머니 간 응집원리를 규명했다고 11일 발표했다.

시냅토파이신과 시냅신에 의한 액체-액체 상분리 현상(오른쪽)과 비신경세포에서의 시냅스소낭 응집 모사 구조 형성. [한국연구재단]

연구팀은 시냅스소낭들이 서로 단단히 뭉쳐있음에도 유동적으로 움직일 수 있는 것을 토대로 고체상태가 아닌 ‘액체-액체 상분리 현상(liquid-liquid phase separation)’에 의한 응집 현상일 것이라 가정하고 연구를 진행했다. 액체-액체 상분리 현상은 물과 기름을 섞으면 각자 액체로 유동성은 지니는데 둘은 섞이지 않고 각각 뭉쳐있는 현상을 말한다.

이 같은 상분리 현상이 살아있는 세포에서도 일어날 것이라는 여러 증거가 제시됐다. 연구팀은 일련의 연구를 통해 시냅스소낭에 풍부하게 존재하는 두 단백질인 시냅토파이신(Synaptophysin)과 시냅신(Synapsin)간 상호작용이 시냅스소낭의 액체-액체 상분리 현상을 일으키는 데 결정적 역할을 하는 것을 규명했다.

이 원리를 이용해 기존에 신경세포에서만 특이적으로 관찰되던 시냅스소낭 응집 구조를 비신경세포에서 그대로 모사할 수 있는 기술을 개발했다.

시냅스소낭 간 자가 응집 현상을 일으키는 두 가지 중요 단백질을 밝혀냈고 이 두 단백질을 활용한 비신경세포에서의 시냅스소낭 응집 구조 재현 기술은 앞으로의 기초신경과학 연구와 관련 신경계 질환 연구에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월 11일(논문명:Cooperative function of Synaptophysin and Synapsin in the generation synaptic vesicle-like clusters in non-neuronal cells)에 실렸다.

장성호 서울대 의과대학 교수는 “시냅신과 시냅토파이신에 의한 세포 내 상분리 현상은 단순한 단백질 간 응집이 아닌 뇌에서 관찰되는 시냅스 소낭의 응집 현상과 매우 유사한 구조와 특징을 공유한다”며 “이런 점에서 단백질간 액체-액체 상분리 현상이 더욱더 큰 틀에서의 세포 내 구획화에 기여할 수 있다는 것을 밝혔다”고 설명했다.

세종=정종오기자 ikokid@inews24.com

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