[사이테크+] 예쁜꼬마선충 전체 신경세포 간 무선 통신 연결지도 완성

국제연구팀 "뉴런 302개가 신경펩티드로 연결된 무선 네트워크 형성"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 1㎜ 정도 크기 벌레인 예쁜꼬마선충(C. elegans) 신경계에 있는 모든 신경세포가 신경펩티드를 통해 서로 무선으로 연결돼 있는 네트워크 구조를 밝혀낸 신경계 지도가 처음으로 완성됐다.

예쁜꼬마선충 뉴런 사이에서 신경페티드 확산을 보여주는 그래픽 [영국 MRC 분자생물학연구소 제공. 재판매 및 DB 금지]

영국 케임브리지 의학연구위원회(MRC) 분자생물학연구소 윌리엄 셰퍼 박사가 이끄는 국제 연구팀은 7일 과학저널 '뉴런'(Neuron)에서 예쁜꼬마선충의 신경세포(뉴런) 302개가 신경펩티드에 의해 어떻게 무선 연결돼 네트워크를 형성하고 통신하는지 밝혀낸 신경계 지도를 완성했다고 밝혔다.

연구팀은 뉴런 사이의 통신 방식에 대한 이해를 높이는 이 연구 결과가 앞으로 섭식장애, 강박장애, 외상후스트레스장애(PTSD) 등 광범위한 신경정신 질환뿐 아니라 감정과 정신상태 조절 메커니즘을 밝혀내는 데도 기여할 것이라고 말했다.

길이 1㎜ 내외의 토양 벌레인 예쁜단순한 꼬마선충은 큰 동물들과 많은 생물학적 특성을 공유하고 있어 실험동물로 널리 사용된다. 예쁜꼬마선충 신경계는 302개의 뉴런으로 이루어져 있다.

간단한 신체 구조의 유기체를 대상으로 신경계 연결지도를 구축하는 연구가 활발히 진행돼 왔으나 지금까지 어떤 동물의 신경펩티드 네트워크 지도가 완성된 사례는 없었다.

예쁜꼬마선충의 신경펩티트 연결 지도 제작 49가지 신경펩티드와 51가지 G단백질결합수용체(GPCR), 302가지 단일 뉴런 발현 데이터를 이용해 모든 뉴런이 하나의 연결된 네트워크를 형성하는 신경계 연결지도를 제작했다. [Neuron/William Schafer et al. 제공. 재판매 및 DB 금지]

신경세포 간 통신은 주로 두 가지 방식으로 이뤄진다. 하나는 뉴런이 시냅스로 물리적으로 연결된 경우이고, 다른 하나는 뉴런에 포함된 짧은 펩티드인 신경펩티드를 통해 서로 떨어져 있는 뉴런이 무선 통신을 하는 것이다.

연구팀은 신경펩티드는 지속적인 생물학적 반응에 중요한 역할을 한다며 기분, 성 행동, 학습 및 기억, 수면 및 중독 제어 등 신경계 전반에 걸쳐 호르몬처럼 작용할 수 있다고 설명했다.

연구팀은 예쁜꼬마선충 신경계에서 발현되는 302개의 단일 뉴런 발현 데이터와 49가지 신경펩티드, 51가지 G단백질결합수용체(GPCR)를 이용해 모든 뉴런이 하나의 연결된 네트워크를 형성하고 있음을 밝혀냈다.

예쁜꼬마선충 뉴런 사이에서 신경펩티드 확산을 보여주는 그래픽 [영국 MRC 분자생물학연구소 제공. 재판매 및 DB 금지]

완성된 신경세포 네트워크 지도는 302개의 뉴런 사이에서 일어나는 3만1천479가지 신경펩티드 상호작용을 담고 있으며, 각 신경펩티드와 해당 펩티드에 대한 수용체가 신경계에서 작용하는 위치를 보여준다.

뉴런들은 서로 시냅스로 연결돼 있지 않고 떨어져 있어도 신경펩티드를 통해 신호를 주고받는 무선 통신 네트워크를 형성하고 있는 것으로 나타났다.

또 이 무선 신경펩티드 네트워크는 시냅스로 연결된 유선 네트워크보다 더 조밀하고 탈중앙화돼 있으며 유선 네트워크와는 다른 핵심 뉴런 또는 허브를 가지고 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 다음 단계로 예쁜꼬마선충의 신경펩티드 네트워크 조직 원리가 초파리나 물고기, 문어, 생쥐 등 더 큰 동물의 뇌에도 적용되는지 확인할 계획이다.

셰퍼 박사는 "이 신경 연결지도는 신경펩티드 무선 네트워크가 시냅스 네트워크와는 다른 방식으로 정보를 처리할 수 있음을 시사한다"며 "이 네트워크의 작동을 이해하면 약물의 작용 방식뿐 아니라 감정과 정신상태가 어떻게 조절되는지 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다.

◆ 출처 : Neuron, William Schafer et al., 'The neuropeptidergic connectome of C.elegans', https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.09.043

scitech@yna.co.kr

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